B1 - Forschungs-Highlights

1. 1970er und Anfang der 80er Jahre – Bau von MAMI-A – „proof of principle“

  • Mainzer Mikrotron - Halle A1976 wurde der Vorschlag zum Bau eines Rennbahnmikrotrons zur Erzeugung eines kontinuierlichen Elektronenstrahls veröffentlicht. Gleichzeitig begann man bereits mit der Installation, damals in einer hierfür reservierten ehemaligen Experimentierhalle, die auch noch Platz für eine weitere Stufe bieten sollte.
  • Das  RTM1 wurde im Laufe des Jahres 1978 fertig gestellt, als Vorbeschleuniger diente ein 2.1MeV van-de-Graaf-Generator. Am 9. März 1979 konnte der erste 14MeV Strahl erzeugt werden. und ab November wurden dann erfolgreich Experimente durchgeführt. Damit war der Weg frei für die nächst größere Stufe.
  • Ende 1982 wurde das RTM2 in Betrieb genommen und lieferte am 17. Feb. 1983 den ersten 183MeV Strahl. Mit der erfolgreichen Durchführung von Koinzidenz-Experimenten war bewiesen, dass sich kaskadierte Mikrotrone zur Erzeugung eines qualitativ hochwertigen, kontinuierlichen Elektronenstrahls eignen.

Quelle:

  • H. Herminghaus et al., The Design of a Cascaded 800 MeV Normal Conducting C.W. Race Track Microtron, Nucl. Instr. & Meth. 138 (1976)1 (LINK auf NIMA)
  • H. Herminghaus et al., Status Report on the Normal Conducting CW Racetrack Microtron Cascade MAMI, Proc. PAC1983, Sante-Fe, USA, p. 3274 ( > pdf )

2. 1987 - 1990 – Inbetriebnahme von MAMI B mit dem weltweit größten Mikrotron

Ansicht des RTM3 in Halle B von obenIm Herbst 1987 wurde MAMI A nach ca. 18700h Betriebsstunden stillgelegt und mit dem Umzug in das für MAMI B neu errichtete Gebäude begonnen.

  • Da sich der van-de-Graaf Generator im Betrieb als problematisch und instabil erwiesene hatte, wurde im neuen Gebäude ein Injektor-Linearbeschleuniger installiert. 1988 wurde damit der erste 3.5MeV Strahl erzeugt. Aufgrund der vielen Einstellparameter des Linearbeschleunigers waren etliche Wochen Verbesserungen und Optimierungen nötig, bis man die zum Einschuss in das RTM1 geeignete Strahlqualität erzielte. In Voraussicht hatte man etliche Diagnoseinstrumente zur Messung der Strahlparameter im Ausschuss vorgesehen, u.a. ein System, dass den longitudinalen Phasenraum (Hochfrequenzphasenlage des Strahls X Strahlenergie) auf einem Fernsehmonitor in Echtzeit sichtbar macht.
  • Im Jahr 1990 ist der vollständige Umzug von RTM1 und RTM2 beendet und das RTM3 ist fertig gestellt. Am 10. Aug. 1990 liefert es den ersten 855MeV Strahl. Im April 1991 wird mit der Durchführung kernphysikalischer Experimente begonnen.

Quelle:

  • H. Euteneuer et al., The Injector Linac for the Mainz Microtron, Proc. EPAC1988, Rome, Italy ( > pdf )
  • K.-H. Kaiser et al., Four Years of Operation of the 180MeV CW Electron Accelerator, Proc. EPAC1988, Rome, Italy ( > pdf )
  • H. Euteneuer et al., Experience with the 855MeV RTM-Cascade MAMI, Proc. EPAC1992, Berlin, Germany ( > pdf )

3. 1990er Jahre – Konsolidierung und Verbesserungen an MAMI-B

Experimente mit polarisierten Elektronen
  • Der Wunsch nach Experimenten mit polarisierten Elektronen führte zum Bau einer entsprechenden Elektronenkanone (siehe B2-Kollaboration) zunächst in einem Labor oberhalb der Beschleunigeranlage. Über eine ca. 15m lange Strahltransportstrecke nach unten wurde der Strahl zum Einschuss des Beschleunigers geführt. 1992 wird erstmals ein kontinuierlicher und polarisierter Elektronenstrahl auf 855MeV beschleunigt.
  • Im Betrieb bewährte sich der lange Transportweg bei niedriger Energie (100keV)  nicht, da das Durchfädeln des Strahles langwierig und seine Stabilität schlecht war. Anfang 1996 wurde daher eine Kanone zur Erzeugung polarisierter Elektronen in der Beschleunigerhalle direkt am Injektor installiert.
  • Dabei wurde durch den Einbau eines Prebunchers mit doppelter Frequenz der longitudinalen Einfangbereich des Injektionssystems von 36º auf  180º erhöht. Die polarisierte Kanone konnte damit deutlich effizienter betrieben werden, denn bisher wurden nur 10% der von ihr erzeugten polarisierten Elektronen weiterbeschleunigt, nunmehr beinahe die Hälfte.
  • In einem späteren Ausbau wird dann der Kanonenlaser im Takt der Hochfrequenz gepulst, so dass nun keine Elektronen mehr verloren Experimente mit polarisierten Elektronengehen.

Quelle:

  • H.-G. Andresen et al., The MAMI-Beam of Polarized Electrons, Proc. EPAC1994, London, Great Britain, p. 1483 ( > pdf )
  • M. Steigerwald et al., Operational Experience with the MAMI-Source of Polarized Electrons, Proc. EPAC1996, Sitges, Spain ( > pdf )
  • K. Aulenbacher et al., High Capture Efficiency for the Polarized Beam at MAMI by R.F.-Synchronized Photoemission, EPAC1998, Stockholm, Sweden, p. 1388 ( > pdf )

4. 1998-2000 – Verbesserungen an MAMI-B für Experimente zur Päritätsverletzung

  • Für ein neues Experiment (paritätsverletzende Elektronenstreuung) wird eine bisher nicht erreichte Stabilität in Strahlstrom, -lage und -energie benötigt. Es wurde eine Vorrichtung zur Strahlstromstabilisierung an der Kanone für polarisierte Elektronen angebracht, Strahllageregelungen in der Strahlführung vor dem Experiment-Target installiert und im Rahmen einer Doktorarbeit eine System zur Stabilisierung der Strahlenergie im Ausschuss des RTM3 entwickelt. Alle Einrichtungen konnten schließlich erfolgreich in Betrieb genommen werden.

Quelle:

  • K.-H. Kaiser et al., New Installations and Beam Measurements at MAMI, Proc. EPAC1998, Stockholm, Sweden, p. 523 ( > pdf )
  • M. Seidl et al., High Precision Beam Energy Stabilisation of the Mainz Microtron MAMI, Proc. EPAC2000, Vienna, Austria, p. 1930 (> pdf )

5. 1999 – Startschuss für den Bau einer vierten Mikrotronstufe

  • Auf der EPAC-Konferenz 1998 in Stockholm wird das Design der HDSM-Magnete in einem Beitrag veröffentlicht.
  • Ein Jahr später wird einem Gutachergremium der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) das Konzept des HDSM und damit geplante kernphysikalische Experimente erläutert. Daraufhin befürwortet die DFG den Bau eines HDSM in Mainz und stellt finanzielle und personelle Mittel zur Verfügung.

Quelle:

  • U. Ludwig-Mertin et al., Three Dimensional Design of the Bending Magnets for a 1.5GeV Double Sided Microtron, Proc. EPAC1998, Stockholm, Sweden, p. 1931 (> pdf )

6. 2002-2006 – Aufbauphase von MAMI-C

  • Der erste der vier 250t 90°-HDSM-Dipolmagnete wird Anfang 2002 in die Halle eingebracht, die Installation der Spulen und der Versorgungen folgen, Magnetfeldmessungen können durchgeführt werden. HDSM-Dipolmagnete
  • Auf der European Particle Accelerator Conference (EPAC) 2002 in Paris wird das endgültige Design des HDSM in einem Beitrag vorgestellt.
  • Im Juli 2003 wird der erfolgreiche Hochleistungstest der weltweit ersten cw 4.9GHz Beschleunigungssektion durchgeführt. Dabei wurde ein Gradient von 1.26MV/m erreicht. Diese Prototyp-Sektion wurde vollständig im Institut für Kernphysik entworfen und gebaut. Der Auftrag zum Bau weiterer benötigter Seriensektionen wird an ein Industrieunternehmen vergeben.
  • Die erste Korrekturplatte für einen der Dipole ist im Juni 2004 fertig gestellt. Messungen zeigen, dass sie parallel zur Polschuhkante das Magnetfeld in der gewünschten Weise homogenisiert und senkrecht zur Polschuhkante das von der Simulation vorgegebene Feldprofil mit guter Genauigkeit herstellt. Die letzte Platte wird Mitte 2005 fertig. Nun können Vakuumkammern, Korrekturdipole und Strahlrohre installiert werden.

Quelle:

  • A. Jankowiak et al., Design and Status of the 1.5GeV-Harmonic Double Sided Microtron for MAMI, Proc. EPAC2002, Paris, France, HDSM-Dipolmagnete
    p. 1085 ( > pdf )
  • A. Jankowiak et al., Experiences in Fabrication and Testing the Prototype of the 4.90GHz Accelerating Sections for MAMI C, Proc. LINAC2004, Lübeck, Germany, p. 788 (> pdf )
  • H. Euteneuer et al., Manufacturing and Testing of 2.45GHz and 4.90GHz Biperiodic Accelerating Structures for MAMI C, Proc. EPAC2006, Edinburgh, Scotland, p. 1292 ( > pdf
  • A. Thomas et al., Design and Status of the 250t-Bending Magnets for the 1.5GeV Harmonic Double Sided Microtron for MAMI, Proc. EPAC2002, Paris, France, p. 2379 ( > pdf )
  • F. Hagenbuck et al., Magnetic Field Correction of the Bending Magnets of the 1.5GeV HDSM, Proc. EPAC2004, Lucerne, Switzerland, p. 1669 ( > pdf )

7. Ab 2006 – Inbetriebnahme und Betrieb von MAMI-C

  • Anfang Dezember 2006 ist das HDSM fertig gestellt und liefert am 19.12.06 den ersten 1.5GeV Strahl.
  • Bereits zwei Monate später startet das erste kernphysikalische Experiment mit dem 1.5GeV Strahl. Von nun an liefert MAMI C Strahl für zahlreiche Experimente im Routinebetrieb.
  • Im Oktober 2007 wird der Designwert des Strahlstroms von 100μA bei 1.5GeV erreicht. Der Beschleuniger erfüllt nun alle bei seinem Entwurf angestrebten Spezifikationen.
  • Ein Jahr nach der Inbetriebnahme ist auch die Installation der energievariablen Extraktion am HDSM fertig. Von nun an können für die Experimente Elektronenstrahlen mit Energien innerhalb des Bereiches von 0.855GeV bis 1.32GeV für Experimente geliefert werden.
  • Im Jahr 2007 wurde ein neuer Strahlzeitrekord aufgestellt. MAMI war für 7200h in Betrieb, davon wurden 3300h bei einer Energie von 1.5GeV absolviert. Im Jahr 2008 wird eine ähnlich hohe gesamte Betriebszeit erreicht werden, davon dann bereits ca. 5000h bei höchster Strahlenergie.
  • Am 05. Mai 2008 wurde mit der Beschleunigeranlage MAMI die 100.000ste Betriebsstunde seit dem 10. August 1990 absolviert.

Quelle:

  • A. Jankowiak et al., Commissioning and Operation of the 1.5 GeV Harmonic Double Sided Microtron at Mainz University, Proc. EPAC2008, Genua, Italy, p. 51( > pdf )
  • K.-H. Kaiser et al., The 1.5GeV harmonic double-sided microtron at Mainz University,
    NIM A 593 (2008) 159 - 170, doi:10.1016/j.nima.2008.05.018 (LINK auf NIMA)