Präzise Kathodenausrichtung am Elektronenbeschleuniger

Bei der Weiterentwicklung von Elektronenbeschleunigern kommen hochpräzise kapazitive Sensoren von Micro-Epsilon zum Einsatz. Das Helmholtz Zentrum Berlin verwendet für diese speziellen Messaufgaben kapazitive Flachsensoren in Verbindung mit dem modularen Controller capaNCDT 6220. Das kapazitive Messsystem liefert genaue Messergebnisse bei extremen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise Temperaturen im physikalischen Grenzbereich.

Das Helmholtz Zentrum Berlin verfolgt das Ziel Beschleunigertechnologien weiterzuentwickeln. Das zugehörige Projekt nennt sich „bERLinPro“ und soll einen Linearbeschleuniger mit Energierückgewinnung (Energy Recovery Linac) auf eine neue technologische Basis stellen. Das Helmholtz Zentrum verlässt sich dabei auf innovative Messtechnik von Micro-Epsilon und setzt kapazitive Flachsensoren kombiniert mit dem modularen Mehrkanal-Controller capaNCDT 6220 ein. Das Messsystem ist auf bis zu vier Kanäle erweiterbar und dadurch für flexible Messaufgaben geeignet. Erfasst werden die Verkippung sowie die Lageänderung der Halterposition beim Abkühlen von Raumtemperatur auf Temperaturen von 2 K (-271 °C).

Mit einer Fotokathode in einer supraleitenden Hochfrequenz-Elektronenkanone, zur Erzeugung von Elektronenstrahlen, wird mit Hilfe modernster Sensorik die Quelle der zu beschleunigenden Elektronenpakete optimiert. Die so erzeugten Elektronenpakete werden damit bei weiterer Beschleunigung kompakter sein als die Pakete aus anderen Quellen und können u.a. zur Gewinnung qualitativ besserer Röntgenstrahlung genutzt werden.

Die Anforderungen an das eingesetzte Messsystem sind enorm hoch. Das kapazitive Messsystem capaNCDT 6220 aber ist wegen seiner Robustheit gegen die vorherrschenden Umgebungsbedingungen prädestiniert für diese Messaufgabe. Tiefe Temperaturen im Bereich der unteren physikalischen Grenze, Ultrahochvakuum, Röntgenbremsstrahlung und schwache Hochfrequenz-Störfelder schaffen eine anspruchsvolle Umgebung. Des Weiteren erfüllen die Sensoren von Micro-Epsilon die Anforderungen bezüglich Sensorbauform sowie Temperatur- und Langzeitstabilität. Für die Messaufgabe werden Sensoren mit 4 mm Messbereich eingesetzt und es wird eine Linearität von 10 µm gefordert. Die Sensoren erreichen eine Auflösung von 0,1 µm. Dank des modularen Aufbaus können alle drei Messstellen mit nur einem Controller erfasst werden. Die Ergebnisse werden über eine Ethernet-Schnittstelle ausgegeben.