Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Drehmodul für eine

Beschleunigeranlage, eine drehbare Schlitz-Gitter-Emittanz- Messanlage sowie ein Verfahren zum Bestimmen der Emittanz eines Teilchenstrahls . Hintergrund und allgemeine Beschreibung der Erfindung

In einer Beschleunigeranlage wird ein Teilchenstrahl bzw. Partikelstrahl typischerweise aus einer Strahlquelle geformt, auf eine Extraktionsenergie beschleunigt und zu einem Target geführt.

Die Emittanz ist ein wichtiger Gütefaktor insbesondere für solche Partikelstrahlen. Die Emittanz ist definiert als der durch die Teilchenverteilung im Strahlrohr besetzte

Phasenraum, und sie ist geeignet, die Strahlqualität zu quantifizieren und den Strahl der jeweils folgenden

Strahloptik anzupassen.

Für Hadronen oberhalb einer gewissen kinetischen Energie kann die Messung des Phasenraumes Schwierigkeiten bereiten oder dies ist einer Messung bislang ggf. gar nicht

zugänglich. Eine Messung dieser gerade für die Auslegung von Teilchenbeschleunigern relevanten Größe der Emittanz ist gegebenenfalls nur insoweit zugänglich, dass

Projektionen dieses Phasenraumes mit zwei getrennten

Messungen, beispielsweise in horizontaler x-x'-Ebene und vertikaler y-y'-Ebene, gemessen werden können. Sofern keine Korrelationen zwischen den Ebenen auftreten, bzw. diese so gering sind, dass eine Abhängigkeit zwischen den Ebenen vernachlässigt werden kann, kann mit einer solchen Messung ein ausreichendes Ergebnis erzielt werden. Neuere

Anforderungen, die eine höhere Güte des Teilchenstrahls fordern, sowie neuere Erkenntnisse beispielsweise über die Abhängigkeit von Einflüssen nichtlinearer Felder z.B. von Dipolrandfeldern, Magnetspulen oder schief eingesetzten Magneten, oder auch durch Strahlverluste in einem

Strahlrohr, lassen allerdings erkennen, dass eine solche Unabhängigkeit zwischen den Messebenen nicht immer

vorliegt.

Vor diesem Hintergrund hat die Anmelderin ein Drehmodul entwickelt, welches ermöglicht, eine Messstation bzw.

MessVorrichtung drehbar an dem Beschleuniger anzubringen oder in den Beschleuniger einzusetzen. Das Drehmodul stellt eine variable Einbaulänge bereit, in welcher die

Messvorrichtung einsetzbar ist, so dass verschiedene

Messvorrichtungen einsetzbar sind. Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist, eine Messvorrichtung bereitzustellen, welche vermag, den vollständigen

Phasenraum eines Teilchenstrahls messbar zu machen, wobei auch Abhängigkeiten zwischen den Ebenen messbar sind. Weitere Aufgaben ergeben sich aus der nachfolgenden

Beschreibung bzw. den besonderen Vorteilen die mit

bestimmten Ausführungsformen erzielt werden.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Das erfindungsgemäße Drehmodul für eine Messvorrichtung einer Beschleunigeranlage umfasst ein erstes Radiallager mit einer ersten Lagerseite, welche mit einem

beschleunigerseitigen Flanschanschluss paarbar ausgestaltet ist. Das erste Radiallager kann beispielsweise so

ausgestaltet sein, dass es auf einer standardisierten Trägeraufnahme eines Bauteilträgers für

Beschleunigeranlagen montierbar ist. Solche Bauteilträger werden universell an einer jeweiligen Beschleunigeranlage eingesetzt. Bevorzugt ist das erste Radiallager als radiales Wälzlager ausgeführt, wobei Wälzkörper zwischen einer Lagerführung des Radiallagers und einem Lagerstück der Messvorrichtung angeordnet sind. Zur Erhöhung der Dichtigkeit des Radiallagers, insbesondere im Falle der Ausführung als radiales Wälzlager, welches möglichst vakuumdicht auszuführen ist, kann ein den Umfang des Radiallagers dichtendes Radialdichtmittel eingesetzt sein, beispielsweise eine Dichtlippe aus geeignetem

Material. Es hat eich als praktisch erwiesen, zusätzlich oder alternativ ein Gateventil im Radiallager zu

integrieren, welches während der Drehbewegung den

vakuumierten übrigen Teil des Beschleunigers von dem

Radiallager abtrennt und somit auf den übrigen

Beschleuniger übergreifende Druckanstiege verhindert. Bei Erreichen der Endposition, beispielsweise einer

Messposition, wird das Gateventil geöffnet. Das Wälzlager bzw. das Radialdichtmittel ist so ausgeführt, dass es bei ruhender Messvorrichtung eine bessere Dichtwirkung erzielt und Druckanstiege somit auf ein Mindestmaß begrenzt werden können. Das erste Radiallager weist ferner eine zweite Lagerseite zur lagernden Aufnahme der Messvorrichtung an dem ersten Radiallager auf. Beispielsweise kann die Messvorrichtung mit dem Lagerstück in das Radiallager eingreifen, wobei das Lagerstück der Messvorrichtung das Gegenlager bildet und mit dem Radiallager gemeinsam die Funktion des Radiallagers erfüllt und eine drehbare Anordnung der Messvorrichtung gewährleisten. Bevorzugt oder alternativ ist das Lagerstück trennbar von der Messvorrichtung ausgestaltet, so dass das Lagerstück in dem Radiallager verbleiben kann und die

Messvorrichtung beispielsweise an einem Lagerstückflansch des Lagerstücks befestigbar ist. Dies vereinfacht Montage, Demontage bzw. einen Austausch der Messvorrichtung. Die Messvorrichtung ist somit über das erste Radiallager mit der Beschleunigeranlage verbunden. Typischerweise umfasst die Beschleunigeranlage ein Strahlrohr, in welchem ein Teilchenstrahl geführt wird. Der Lagerflansch des ersten Radiallagers ist in diesem Fall mit dem Strahlrohr verbunden. In dem Strahlrohr wird insbesondere der

Teilchenstrahl geführt, so dass der Teilchenstrahl durch die Beschleunigeranlage, das erste Radiallager und durch die Messvorrichtung entlang einer Strahlachse geführt wird. Mit anderen Worten tritt der Partikelstrahl durch die Messvorrichtung hindurch.

In dem bevorzugten Fall, dass die Messvorrichtung eine Strahlmessvorrichtung ist, die insbesondere Eigenschaften des Partikelstrahls der Beschleunigeranlage misst, kann die Strahlmessvorrichtung die Strahleigenschaften unmittelbar an dem durch die MessVorrichtung hindurchtretenden

Teilchenstrahl messen. Das Drehmodul umfasst ferner einen Antrieb zum Steuern einer Drehbewegung der Messvorrichtung um eine Drehachse. Beispielsweise kann der Antrieb unmittelbar oder über eine Triebverbindung auf das Lagerstück und eine Drehbewegung beaufschlagen.

Das Drehmodul kann ferner ein zweites vakuumdichtes

Radiallager mit einer ersten Lagerseite zur lagernden Aufnahme der Messvorrichtung an dem Radiallager umfassen. Das zweite Radiallager ist gegenüberliegend dem ersten Radiallager an der Messvorrichtung angeordnet. Mit anderen Worten ist die Messvorrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Radiallager angeordnet.

Das Drehmodul kann ferner einen Drehwinkelmesser zum

Feststellen eines Drehwinkels der Messvorrichtung umfassen, wobei der Drehwinkelmesser insbesondere direkt oder über eine Triebverbindung mit dem Antrieb verbunden sein kann. Der Drehwinkelmesser ist insbesondere dazu hergerichtet, den Drehwinkel der Messvorrichtung bezüglich einer

Neutralstellung zu messen. Die Neutralstellung kann beispielsweise eine Ebene sein, die parallel zur

Erdoberfläche verläuft. Die Neutralstellung kann z.B. auch die Ebene der horizontalen oder der vertikalen

Partikelschwingung sein.

Das Drehmodul kann ferner einen Endanschlag mit zumindest einem Endlagenschalter zum Begrenzen des für die

Messvorrichtung zur Verfügung stehenden Drehwinkels aufweisen. Der Endanschlag kann rein elektrisch bzw.

elektronisch ausgeführt sein, so dass die Drehbewegung bei Erreichen eines bestimmten Drehwinkels gestoppt wird. Der Endanschlag kann auch einen mechanischen Anschlag

aufweisen, die einen maximalen Drehwinkel für die

Messvorrichtung definiert. Bevorzugt werden zwei

Endanschläge eingesetzt, so dass ausgehend von der

Neutralstellung der Messvorrichtung eine Drehung der

Messvorrichtung in zwei Richtungen, z.B. eine positive und eine negative Richtung bzw. in Strahlrichtung rechtsdrehend oder linksdrehend, ermöglicht ist. Der Antrieb kann einen Schrittmotor umfassen, der eine hochpräzise Einstellung der Messvorrichtung und

beispielsweise eine digitale Ansteuerung ermöglicht.

Darüber hinaus kann somit hierbei auf erprobte, kommerziell erhältliche Motortechnik zugegriffen werden und ein zuverlässiger, dauerhafter Betrieb gewährleistet werden.

Der Antrieb kann die Drehbewegung beispielsweise mittels Riementrieb auf die Messvorrichtung übertragen. Hierfür weist der Antrieb ggf. eine Treibscheibe auf, die

Messvorrichtung einen geeigneten Mitnehmer z.B. als

Riemenscheibe, so dass mittels des gespannten Riemens die Kraftübertragung zwischen Antrieb und Messvorrichtung stattfindet. Der Riementrieb ist besonders kostengünstig. Auch eine Zahnradverbindung ist realisierbar, welche besonders langlebig gestaltet werden kann und wodurch ein möglicher transmissionsbedingter Drehwinkelfehler weiter verringern kann, so dass ggf. auf den Einsatz eines

Drehwinkelmessers verzichtet werden kann. Das Drehmodul umfasst bevorzugt eine Bremsvorrichtung zum Verlangsamen oder Stoppen der Drehbewegung der

Messvorrichtung. In einer einfachen Ausführung kann die Bremsvorrichtung in Art einer Scheibenbremse ausgeführt sein, wie sie beispielsweise im Kraftfahrzeugbau bekannt ist. Hierfür kann an der Messvorrichtung eine entsprechende umlaufende oder teilumlaufende Scheibe angeordnet sein. An dem Drehmodul können dann Bremsmittel, beispielsweise einfache Bremsklötze, angeordnet sein. Die Bremsvorrichtung kann auch zum Arretieren der Messvorrichtung in einer Messposition herangezogen werden, so dass eine ausreichend schwingungsfreie Anordnung der Messvorrichtung und somit eine Verringerung von Messfehlern erreicht werden kann.

Im Wesentlichen zentral durch das Drehmodul sowie die Messvorrichtung führt insbesondere die Strahlachse, entlang welcher der Teilchenstrahl verläuft. Insbesondere ist die Drehachse des Drehmoduls identisch zur Strahlachse.

Der Teilchenstrahl der Beschleunigeranlage ist insbesondere ein solcher Partikelstrahl, der beispielsweise Hadronen umfasst und ein Hadronenstrahl ist, oder Ionen (geladene Hadronen) umfasst und ein Ionenpartikelstrahl ist. Ganz allgemein kann eine Messung an einem Photonenstrahl, an einem Elektronenstrahl (Leptonenstrahl) oder an einem Hadronenstrahl von Interesse sein, wobei der Einsatz im Bereich von Hadronenstrahlen besonders bevorzugt ist. Die Beschleunigeranlage umfasst bevorzugt einen linearen

Teilchenbeschleuniger und/oder eine Strahltransportstrecke. Die Beschleunigeranlage kann ferner auch ein Synchrotron oder Zyklotron zur Beschleunigung oder weiteren

Beschleunigung der Partikel des Partikelstrahls umfassen. Weiter bevorzugt umfasst die Beschleunigeranlage einen Ionen-Linearbeschleuniger und/oder ein Ionensynchrotron. Eine solche Beschleunigeranlage kann hergerichtet sein, ein wie vorstehend beschriebenes Drehmodul zu umfassen.

Im Rahmen der Erfindung wird auch eine drehbare Schlitz- Gitter-Emittanzmessanlage vorgestellt, welche ein wie vorstehend beschriebenes Drehmodul sowie die vorstehend beschriebene Strahlmessvorrichtung umfasst zum Messen der vollständigen, vierdimensionalen Emittanz, d.h.

insbesondere auch der Kopplungsemittanzen bzw. der

Kopplungsanteile, die in Korrelationen zwischen den

Schwingungsebenen des Teilchenstrahls begründet sind.

Die Messung der jeweils eindimensionalen Strahlemittanz mittels einer Schlitz-Gitter-Anordnung ist prinzipiell bekannt. Die Kopplungsemittanzen sind von besonderem

Interesse bei Beschleunigeranlagen, die eine Strahlenergie von über 100 keV/u (Kiloelektronenvolt pro Nukleon) , bevorzugt 150 keV/u, ferner bevorzugt 200 keV/u

bereitstellen. Der Energiebereich unterhalb einer

Strahlenergie von etwa 100 keV/u (150 keV/u; 200keV/u) ist hingegen auch mit anderen Messverfahren wie beispielsweise der „Pepperpot*-Messung zugänglich, um Rückschlüsse auf die vierdimensionale Verteilung der Strahlemittanz führen zu können. Die erfindungsgemäße Emittanzmessvorrichtung ist im

Wesentlichen sogar universell einsetzbar, da typischerweise unabhängig von Energie und Massenzahl eine Ladung pro Zeit pro Gitterdraht gemessen wird. Im Unterschied hierzu arbeitet beispielsweise Pepperpot mit optischer Diagnose und kann daher abhängig beispielsweise von der Intensität, der Massenzahl und der Strahlenergie sein. Mit anderen Worten kann mit der erfindungsgemäßen

Bmittanzmessvorrichtung in praktisch jedem Energiebereich sowie insbesondere unabhängig von der Teilchenmasse bzw. der Strahlintensität eine Messung erfolgen. Interessante Messbereiche für die Anmelderin, in denen in vorteilhafter Weise eine Messung mit der erfindungsgemäßen

Emittanzmessvorrichtung erfolgen kann, sind beispielsweise die Energiestufen der UNILAC-Beschleunigerstruktur, d.h. insbesondere oberhalb einer Energie von 300 keV/u bzw.

oberhalb der Energien, die von den Alvarez-Kavitäten bereitgestellt werden (3,2 MeV/u, 4,9 MeV/u, 8,6 MeV/u, 11,4 MeV/u) . Insbesondere ist mit dem erfindungsgemäßen Messsystem auch beispielsweise eine Messung im nach dem Schwerionensynchrotron SIS-18 bereitgestellten

Energiebereich möglich, aber auch im Energiebereich, der beispielsweise von dem zukünftigen SIS-100 bereitgestellt werden soll.

Für die Bestimmung der vierdimensionalen RMS-Emittanz (RMS = Root Mean Square) eines Teilchenstrahls ist Kenntnis der vierdimensionalen Strahlmatrix C erforderlich:

wobei

x die horizontalen Koordinaten,

y die vertikalen Koordinaten,

x' die Teilchenbewegung (phase) in x-Richtung und

y" die Teilchenbewegung (phase) in y-Richtung darstellen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung entsprechen die Momente der Strahlmatrix C den Größen, welche mit der erfindungsgemäßen drehbaren Schlitz-Gitter- Emittanzmessanlage gemessen werden können.

Bin in der Strahlmatrix C außerhalb der

Hauptdiagonalelemente liegendes Matrixelement mit einem Wert verschieden von Null zeigt das Vorhandensein eines Kopplungsterms an.

Die RMS-End.ttanzen und können bei ungekoppelten

Ionenstrahlen anhand der Hauptdiagonalelemente der Matrix C wie folgt berechnet werden:

wobei M entweder x oder y substituiert.

Die vierdimensionale RMS-Strahlemittanz kann ferner wie folgt berechnet werden:

Mit ?i bzw. ?a als Eigen-Emittanzen des Strahls, die bestimmte, dem Fachmann bekannte Bedingungen erfüllen.

Zur Vereinfachung weiterer Rechnungen wird der

Kopplungsparameter t eingeführt, der die Kopplung zwischen den Ebenen quantifiziert:

Für t = 0 liegt keine Kopplung zwischen den Ebenen vor, die projektierten RMS-Emittanzen sind in diesem Fall identisch zu den Eigen-Emittanzen.

Es ist weiterhin eine für den Anlagenbauer oder

Anlagenbetreiber einer Beschleunigeranlage von Vorteil, zu wissen, wie die Emittanz an einer bestimmten Stelle de Beschleunigers ist. Jedoch kann die Emittanz nur an dem Ort gemessen werden, an welchem die Messvorrichtung auch tatsächlich eingebaut ist. Beispielsweise kann aber zwischen dem Ort i, an welchem die Strahlemittanz

festgestellt werden soll und dem Ort f, an dem sie mittels der Messvorrichtung messbar ist, eine weitere

Beschleunigervorrichtung liegen, wie beispielsweise ein (Juadrupolmagnet mit bekanntem Strahltransport innerhalb des Quadrupolmagnets . Die Strahlmatrix C _f am Ort f ist mit der Strahlmatrix Ci am Ort i verknüpft über

Sofern eine der Sub-Matrizen Mxy oder Myx einen Wert

verschieden von Null annimmt, liegt eine Kopplung der Emittanzebenen vor, die zwischen den Punkten i und f eingeführt wird.

Der Einsatz des Drehmoduls mit Strahlmessvorrichtung bietet daher ferner auch ein Verfahren zur Bestimmung der

Kopplungsemittanz bzw. der 4d-Emittanz einer

Beschleunigeranlage, insbesondere an einem bestimmten Ort f der Beschleunigeranlage oder entlang einer Wegstrecke des Beschleunigers zwischen den Orten i und f und/oder für Energien größer als 100 keV/u.

Das Verfahren zur Bestimmung der 4d-Kopplungsemittanz einer Beschleunigeranlage kann beispielsweise wie folgt

durchgeführt werden. Zunächst erfolgt das Messen der

Emittanz eines Teilchenstrahls mit der

Strahlmessvorrichtung in einer ersten Messposition der Strahlmessvorrichtung hinsichtlich einer ersten

Strahlebene.

Danach erfolgt das Drehen der Strahlmessvorrichtung in eine zweite Messposition. Die zweite Messposition steht

insbesondere senkrecht auf die erste Messposition, weist also einen Winkel von 90° bezüglich der ersten Messposition auf. In der zweiten Messposition erfolgt ein erneutes Messen der Emittanz des Teilchenstrahls mit der

Strahlmessvorrichtung hinsichtlich einer zweiten

Strahlebene.

Es folgt das Drehen der Strahlmessvorrichtung in eine dritte Messposition, wobei die dritte Messposition einen anderen Winkel als 90° bezüglich der ersten Messposition aufweist bzw. wobei die dritte Messposition insbesondere in einem Winkel von 45° auf die erste oder zweite Messposition steht. In der dritten Messposition erfolgt ein drittes Messen der Emittanz hinsichtlich einer dritten Strahlebene.

In einer vierten Messposition, die insbesondere den gleichen Winkel wie die dritte Messposition aufweist, können verschiedene Beschleunigermagneteinstellungen verstellt werden und die Emittanz des Teilchenstrahls mit der Strahlmessvorrichtung schließlich ein viertes Mal gemessen werden hinsichtlich der dritten Strahlebene und/oder hinsichtlich der geänderten

Beschleunigermagneteinstellungen. Beispielsweise kann vor der vierten Messposition das Magnetfeld eines in

Strahlrichtung vor der Messeinrichtung liegendes Magnet- Dublett oder -Singlett verändert werden, um die geänderten Beschleunigermagneteinstellungen zu erzielen.

Die Messung in einem weiteren Winkel, d.h. zusätzlich zu 0° und 90°, erlaubt den Zugang zur Messung der Korrelationen zwischen der horizontalen und vertikalen Strahlebene. Wie durch die Erfinder herausgefunden werden konnte, ist das vorliegend genannte Verfahren mit nur vier Messungen besonders vorteilhaft, da hiermit mit der geringstmöglichen Anzahl Messungen und somit in der kürzesten Zeit eine ausreichende Messgenauigkeit erhalten werden kann.

Selbstverständlich ist es aber auch möglich, den

vierdimensionalen Phasenraum mit mehreren Messungen, d.h. insbesondere unter verschiedenen Winkeln mit der

Strahlmessvorrichtung zu erfassen. Beispielsweise kann der vierdimensionale Phasenraum in einem alternativen

Messverfahren auch mit einer Anzahl von 6 Messungen oder mit einer Anzahl von 16 Messungen erfasst werden. Dies kann beispielsweise in jeweils zueinander gleichen

Winkelabständen und teilweise geänderten

Magneteinstellungen erfolgen. Schließlich gibt es

mathematisch unendlich viele (mechanisch wegen der aktuell erzielbaren Winkelauflösung von -0.1° weniger)

Möglichkeiten, anhand von sich unterscheidenden Messungen ausreichend viele linear unabhängige Gleichungssysteme zu definieren, um die 10 Unbekannten der Strahlmatrix C zu bestimmen und somit die 16 Einträge der Strahlmatrix C zu erhalten. Nach derzeitigem Kenntnisstand stellt das zuvor beschriebene Verfahren mit 4 Messungen jedoch das Optimum dar, um mit einer möglichst geringen Anzahl Messungen und somit möglichst schnell die Strahlemittanz zu erhalten. Im Übrigen kann mit dem Drehmodul mit Strahlmesseinrichtung auch eine herkömmliche Messung der Strahlemittanz in nur zwei Richtungen/Ebenen, also insbesondere 0° und 90°, durchgeführt werden. In vorteilhafter Weise lässt sich hierbei mit dem erfindungsgemäßen Drehmodul sogar eine separate Messeinrichtung für die zweite Richtung einsparen, da beide Messungen mit derselben Messeinrichtung

durchgeführt werden können. Sofern die herkömmlich

notwendigen zwei separaten Messeinrichtungen zueinander kalibriert werden mussten, kann sich ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Strahlmesseinrichtung dadurch ergeben, dass keine Kalibration der Messeinrichtungen zueinander durchgeführt werden muss, da dieselbe

Messeinrichtung zweifach eingesetzt werden kann. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von

Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.

Kurzbeschreibung der Figuren

Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen

Drehmoduls mit einer Messvorrichtung,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Drehmoduls, Fig. 3 eine Schnittansicht einer weiteren

Ausführungsform eines Drehmoduls, Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Drehmodul mit

Messvorrichtung in Art einer Schnittansicht, Fig. 5 eine Seitenansicht eines Drehmoduls,

Fig. 6 eine Detailansicht einer Antriebsvorrichtung eines Drehmoduls,

Fig. 7 eine weitere Detailansicht einer

Antriebsvorrichtung eines Drehmoduls, Fig. 8 eine Detailansicht eines Radiallagers,

Fig. 9 eine weitere Detailansicht eines Radiallagers, Fig. 10 eine Detailansicht einer Bremsvorrichtung, Fig. 11 eine weitere Detailansicht einer

Bremsvorrichtung,

Fig. 12 ein beispielhafter Aufbau eines Teilstücks einer

Beschleunigeranlage mit Drehmodul,

Fig. 13 ein Blockschaltbild einer Ansteuerung einer

Messelektronik,

Fig. 14 ein Blockschaltbild einer Ansteuerung eines

Schrittmotors . Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 bietet eine Gesamtansicht eines Aufbaus aus

Messvorrichtung 100 und Drehmodul 20, wobei die

Messvorrichtung 100 mittels zweier Radiallager 22, 22' des Drehmoduls 20 drehbar mit dem übrigen Teil der

Beschleunigeranlage 1 (siehe z.B. Fig. 12) verbindbar ist. Ein Bauteilträger 2 ermöglicht wiederum die präzise

Anordnung und Befestigung der Drehmodule 20 an einer Bezugsumgebung, typischerweise am Boden 5 mittels einer Bodenverschraubung 4. Die Gewichtskraft des Gesamtaufbaue aus Messvorrichtung 100 und der beiden Drehmodule 20, 20' kann somit in den Boden geleitet werden, so dass eine lastfreie Verbindung mit dem übrigen Teil der

Beschleunigeranlage 1 hergestellt werden kann.

Das Radiallager 22 umfasst eine erste Lagerseite 24, die in dem gezeigten Fall mit Befestigungslöchern 26 ausgerüstet ist. An der ersten Lagerseite 24 des Radiallagers 22 ist ein weiteres Stück der Beschleunigeranlage 1, zum Beispiel ein Strahlrohr 6 (vgl. z.B. Fig. 12), anschließbar. Mit anderen Worten kann das Radiallager 22 vermittele in den Befestigungslöchern 26 eingebrachten Befestigungemitteln (nicht dargestellt; z.B. Schrauben) mit dem übrigen Teil der Beschleunigeranlage 1 fest, d.h. insbesondere

vakuumdicht, verbunden werden. Das Radiallager 22 weist ferner eine zweite Lagerseite 25 auf zur lagernden Aufnahme der Messvorrichtung 100. Ein Lagerstück 102 der Messvorrichtung 100 greift in der gezeigten Ausführung der Fig. 1 in das Radiallager 22 ein. Mit anderen Worten ist die Messvorrichtung 100 drehbar in dem Radiallager 20 gelagert, so dass eine Drehbewegung der Messvorrichtung 100 gegenüber der ortsfest angeordneten Beschleunigeranlage 1 ermöglicht ist.

Die Messvorrichtung 100 ist beispielsweise hinsichtlich der Geometrie, der Messanordnung oder der Massenverteilung speziell konstruiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine solcherart spezielle Schlitz-Gitter-Emittanz- Messvorrichtung 100 eingesetzt. Das Messprinzip der

Schlitz-Gitter-Emittanzmessung ist dabei prinzipiell bekannt und es wird häufig an Beschleunigeranlagen

eingesetzt. Das Prinzip wird anhand Fig. 4 erläutert werden, die teilweise das Innere der Messvorrichtung 100 zeigt . In dem Drehmodul 20 ist ferner ein Gateventil 28 vorhanden, mittels welchem der übrige Teil der Beschleunigeranlage 1 (vgl. z.B. Fig. 12) luftdicht trennbar ist. In

vorteilhafter Weise kann das Gateventil 28 (oder können die Gateventile 28) so gesteuert werden, dass das Drehmodul 20 für die Zeitdauer einer Drehbewegung von dem übrigen Teil der Beschleunigeranlage 1 getrennt ist. Mit anderen Worten wird während der Drehung der Messvorrichtung 100 das

Gateventil 28 geschlossen, so dass eine evtl. während der Drehung auftretende Verschlechterung der Dichtigkeit der Radiallager 22 nicht Ursache für einen Druckanstieg im übrigen Teil der Beschleunigeranlage 1 ist. Im Rahmen von Testmessungen mit einem Testaufbau wurde diesbezüglich festgestellt, dass das in dem Testaufbau eingesetzte

Wälzlager 37 (vgl. z.B. Fig. 8 und 9) des Radiallagers 22 auch unter Verwendung eines Dichtelements 27, z.B. eines Simmerringes 27, während der Drehbewegung eine erhöhte Menge Außenluft in das Innere der Messvorrichtung 100 hindurchlässt und hierdurch unter Umständen das im

Strahlbereich des Beschleunigers herrschende Vakuum gestört werden könnte. Insbesondere konnte jedoch auch

herausgefunden werden, dass vakuumtauglicher Schmierstoff am Simmering die Dichtwirkung deutlich verbessern kann.

Das in Fig. 1 gezeigte Drehmodul 20 weist ferner eine Antriebsvorrichtung 30 auf zur Beschickung der

Messvorrichtung 100 mit einer Drehbewegung. Die

Antriebsvorrichtung 30 umfasst eine Antriebseinheit 32, in diesem Fall ein Linearschrittmotor 32. Die Antriebseinheit 32 treibt einen Riementrieb 34 an, der auf eine

Riemenscheibe 36 wirkt. Mit anderen Worten wird mittels eines Keilriemens 34 das Drehmoment der Antriebseinheit 32 auf die Riemenscheibe 36 der Messvorrichtung 100 übertragen und die Messvorrichtung 100 somit in Drehung versetzt.

In der gezeigten Ausführungsform der Fig. 1 weist das Radiallager 22 die einzige Antriebsvorrichtung 30 auf, so dass das Radiallager 22' ohne Antriebsvorrichtung 30 auskommt. Je nach zu bewegender Last und Momentenverteilung ist jedoch auch die Anbringung einer weiteren

Antriebsvorrichtung 30 an dem Radiallager 22' denkbar.

Das Drehmodul 20 weist ferner die Messvorrichtung 100 auf. Bei der Messvorrichtung 100 handelt es sich hier um eine Strahlmessvorrichtung 100, genauer um eine Schlitz-Gitter- Emittanz-Messvorrichtung. Ein zentrales Rohrstück 102 überspannt die Strecke von einer ersten Seite 104 der Messvorrichtung 100, die mit dem ersten Radiallager 22 verbunden ist, zu einer zweiten Seite 106 der

Messvorrichtung 100, die mit dem zweiten Radiallager 22' verbunden ist. Die Länge der Messvorrichtung 100 kann von dem gewünschten Messverfahren abhängig sein, typischerweise ist aber eine möglichst kurze Gesamtlänge des Strahlwegs bevorzugt. Mit anderen Worten kann der Abstand zwischen dem ersten Radiallager 22 und dem zweiten Radiallager 22' auf die eingesetzte Messvorrichtung 100 angepasst werden.

Die Messvorrichtung 100 weist einen ersten Aktuator 110 auf, der einen entlang einer zu der Strahlachse 8 (vgl. z.B. Fig. 4) senkrechten Schlitzachse verschiebbar

angeordneten Schlitz 115 (vgl. z.B. Fig. 4) bewegen kann. Der Aktuator 110 ist seitlich an dem zentralen Rohrstück 102 angeordnet und druckdicht mit diesem verbunden. Der Schlitz 115 kann in das zentrale Rohrstück 102 und in die Strahlachse 8 eingefahren werden. Ferner ist ein zweiter Aktuator 120 seitlich an dem zentralen Rohrstück 102 angeordnet und druckdicht mit diesem verbunden. Der zweite Aktuator 120 bewegt ein entlang einer zu der Strahlachse 8 senkrechten Gitterachse verschiebbar angeordnetes Gitter 125 (vgl. z.B. Fig. 4), wobei das Gitter 125 in das zentrale Rohrstück 102 und in die Strahlachse 8 eingefahren werden kann. Das Messprinzip ist das Folgende: wenn der Teilchenstrahl auf den Schlitz 115 trifft, wird ein schmaler Streifen des Teilchenstrahle hindurchgelassen, der übrige Teil des Teilchenstrahls wird in dem Schlitzträger 116 absorbiert. Nach Durchlaufen der zwischen dem Schlitz 115 und dem Gitter 125 liegenden Wegstrecke trifft der vormals schmale Streifen des Teilchenstrahls auf das Gitter 125. Anhand der Auswertung der auf die einzelnen Gitterdrähte durch die auftreffenden Teilchen induzierten Ladung kann ein

ortsaufgelöstes Winkelprofil des schmalen Streifens des Teilchenstrahls gemessen werden. Diese Messung kann in einer horizontalen Strahlebene, in einer vertikalen

Strahlebene sowie typischerweise in je einer Ebene

durchgeführt werden, die in einem Winkel von -45° und +45° zu einer der beiden Strahlebenen liegt. Um Schlitz und Gitter in die entsprechende Ausrichtung zu bringen, wird die Messvorrichtung 100 mittels des Drehmoduls 20 gedreht. Wie von den Erfindern in Messverfahren festgestellt kann mit lediglich den genannten drei Messausrichtungen der Messvorrichtung 100 die gesamte 4d- Strahlmatrix des

Teilchenstrahls, gemessen werden.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung von Schlitz 115 und Gitter 125, also insbesondere die gegenüberliegende Anordnung am zentralen Rohrstück 102, bietet den Vorteil einer

drehmomentfreien Lagerung des Drehmoduls 20. Mit anderen Worten könnten Schlitz und Gitter auch an derselben Seite des zentralen Rohrstücks 102 angeordnet sein, insbesondere sogar in einem gemeinsamen Gehäuse, wobei in diesem Fall in vorteilhafter Weise gegenüberliegend ein

Massenausgleichgewicht anzubringen wäre (nicht

dargestellt) , um das durch das Gewicht erzeugte Drehmoment auf das Drehmodul 20 auszugleichen. Auch in dem Fall, dass der Aktuator 110 ein unterschiedliches Gewicht im Vergleich zu dem Aktuator 120 aufweist, kann ein

Massenausgleichgewicht eingesetzt werden.

Ferner ist es denkbar, in einer Messvorrichtung 100 auch zusätzlich zu dem einen Schlitz 115 und dem einen Gitter 125 einen zweiten Schlitz 115' und ein zweites Gitter 125' anzuordnen, die alternativ oder wechselweise in die

Strahlachse 8 gefahren werden können, so dass ohne Drehung der Messvorrichtung 100 durch das Drehmodul 20 bereits zwei Messausrichtungen gemessen werden können. Jedoch müsste bei einer solchen Anordnung eine vergrößerte Baulänge des Drehmoduls bedingt durch eine erhöhte Länge des zentralen Rohrstücks 102 berücksichtigt werden. Darüber hinaus wäre bei dieser Anordnung auch die doppelte Anzahl an Aktuatoren 110, 120 und übrigen Teile einzusetzen, was zu einer

Kostenerhöhung führen würde. Das erfindungsgemäße Drehmodul bietet daher insgesamt auch eine deutliche Kostenreduktion, da nur ein Schlitz 115 und ein Gitter 125 für alle

Messungen eingesetzt werden kann.

Zum Auslesen der Profilgittersignale aus den Gittern 125, 125' ist ein Ausleseverbinder 122 vorgesehen. Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines

Drehmoduls 20. Der Antrieb des Radiallagers 22 wird von einer Antriebsvorrichtung 30 mit Antriebseinheit 32,

Riementrieb 34 und Riemenscheibe 36 bereitgestellt

(Detailansicht siehe Fig. 6) . Die Messvorrichtung 100 ist eine für den drehbaren Einsatz konstruierte Schlitz-Gitter- Emittanz-Messvorrichtung.

Eine Signaleinrichtung 50 stellt in dem Beispiel der Fig. 2 ein Warnsignal bereit, welches im Falle einer

bevorstehenden oder aktiven Drehung der Messvorrichtung 100 gegeben werden kann, beispielsweise optisch und/oder akustisch. Das Drehmodul 20 weist einen Endanschlag 44 auf zum

Begrenzen des für die Messvorrichtung 100 zur Verfügung stehenden Drehwinkels. Der Drehwinkel der Messvorrichtung 100 wird in diesem Beispiel anhand eines an dem Radiallager 22 angebrachten Lageanzeigers 42 angezeigt. Der

Lageanzeiger 42 schlägt bei entsprechendem Drehwinkel der Messvorrichtung 100 an dem Endanschlag 44 an und bewirkt mechanisch die Beendigung der Drehbewegung der

Messvorrichtung 100. Sofern auf dem Endanschlag 44 ein Lageschalter angeordnet ist, kann der Lageanzeiger 42 bei entsprechendem Drehwinkel der Messvorrichtung 100 den

Lageschalter betätigen und hierdurch direkt elektrisch eine Beendigung der Drehbewegung erwirken ggf. noch bevor eine mechanische Belastung auf den Endanschlag 44 durch den Lageanzeiger 42 bewirkt wird.

Fig. 3 zeigt noch eine weitere Ausführungsform des

Drehmoduls 20 in einer Schnittansicht, wobei der Schnitt entlang der vertikalen Ebene geführt ist und durch die Strahlachse 8 (vgl. z.B. Flg. 4) führt. So Ist in Fig. 3 beispielsweise das an der Messvorrichtung 100 angeordnete Lagerstück 108 dargestellt, welches in das Radiallager 22 eingreift. Das Lagerstück 108 ist in dem gezeigten Fall mit der Messvorrichtung 100 verschraubt .

Eine Bremsvorrichtung 60 ist in der mit Fig. 3 gezeigten

Ausführungsform eingesetzt und mittels einer

Bremsscheibe 62 und Bremsklötzen 64 realisiert. Mittels der Bremsvorrichtung 60 kann die Drehbewegung der

Messvorrichtung 100 gestoppt werden. Die MessVorrichtung 100 kann mittels der Bremsvorrichtung 60 auch in einer Messposition gehalten werden und somit ein mögliches

Lagerspiel oder Antriebsspiel oder allgemein Spiel

verringert werden. Die Bremsvorrichtung kann auch dazu herangezogen werden, beispielsweise eine Drehung der

Messvorrichtung 100 erst freizugeben, wenn ein

Personenaufenthalt in der Umgebung der Messvorrichtung 100 ausgeschlossen werden kann.

In der Schnittansicht der Fig. 3 ist ferner ein Gitter 125 in eingefahrener Position dargestellt. Das Gitter 125 kann mittels des Aktuators 120 in die Strahlachse 8 gefahren werden, so dass der Teilchenstrahl auf das Gitter 125 auftrifft.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Drehmodul 20, wobei in Art einer SchnittZeichnung auch die Strahlachse 8 sowie im Inneren angeordnete Bauteile des Drehmoduls 20 dargestellt sind. Das Lagerstück 108 greift in das Radiallager 22 ein; Das Lagerstück 108' greift in das Radiallager 22' ein.

Neben dem Gitter 125 ist in der gezeigten Ausführungsform auch der Schlitzträger mit Schlitz 115 gezeigt. In der Messposition wären Schlitz 115 und Gitter 125 in die

Strahlachse 8 mittels der Aktuatoren 110, 120 eingerückt.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren

Ausführungsform des Drehmoduls 20. An einer ersten

Lagerseite 24 wird der Teilchenstrahl entlang der

Strahlachse 8 durch das Radiallager 22, das Lagerstück 108, die Messvorrichtung 110, das Lagerstück 108' sowie

schließlich durch das Radiallager 22" geführt.

Die Antriebsvorrichtung 30 treibt mittels der

Antriebseinheit 32, einer an der Antriebseinheit 32 angeordneten Treibscheibe 31 sowie einem über Treibscheibe 31 und Riemenscheibe 36 führenden Riementrieb 34 die

Drehbewegung des Drehmoduls 20 an.

Fig. 6 zeigt eine Detailansicht der Antriebsvorrichtung 30. Die Antriebseinheit 32, in diesem Fall ein

Linearschrittmotor 32, treibt mittels der Treibscheibe 31 den Riementrieb 34 an, der wiederum die fest mit der

Messvorrichtung 100 verbindbaren Riemenscheibe 36 treibt. Ein Lageanzeiger 42 zeigt den Drehwinkel der

Messvorrichtung 100 an und/oder ermöglicht die Erkennung einer Seitenendlage, beispielsweise sobald der Lageanzeiger 42 an einem der zwei gezeigten Endanschläge 44 anliegt.

Fig. 7 zeigt eine weitere Detailansicht einer

Antriebsvorrichtung 30. Von der Antriebseinheit 32 wird in diesem Fall über eine Triebscheibe 31' ein Winkelsensor 38 angetrieben, der eine recht genaue Aussage über den eingestellten Drehwinkel der Messvorrichtung 100 zu liefern vermag. Fig. 8 zeigt eine Detailansicht eines Radiallagers 22 mit Wälzlager 37. Die Wälzkörper 37a rollen im Falle einer Drehung entlang des Umfangkreises. Ein Dichtelement 27 erlaubt eine Senkung der in den inneren

Beschleunigerbereich zugeführten Luftmengen. Das

Dichtelement 27 umschließt das Lagerstück 108 so dicht wie möglich.

Fig. 9 zeigt eine weitere Detailansicht eines Radiallagers 22 mit Wälzlager 37 bzw. Wälzkörper 37a, sowie der

Abdichtung des Drehmoduls 20 durch das Dichtelement 27 im Endbereich des Lagerstücks 108. Das Lagerstück 108 ist in das Radiallager 22 eingeführt. Es weist in dieser

Ausführungsform verschiedene äußere Durchmesser auf, mittels welcher beispielsweise eine verbesserte Führung des Wälzlagers 37 oder eine optimierte Passung des

Dichtelements 27 erzielt werden kann.

Fig. 10 zeigt eine mögliche Ausführung einer

Bremsvorrichtung 60 mit einer Bremsscheibe 62, welche

Scheibenlöcher 68 aufweist, so dass die Bremsscheibe 62 mittels eines in ein Scheibenloch 68 eingreifenden

Scheibenbolzens 66 arretierbar bzw. feststellbar ist und eine mögliche Drehung der Messvorrichtung 100 unterbunden ist.

Fig. 11 zeigt noch eine Ausführungsform einer

Bremsvorrichtung 60 mit einer Bremsscheibe 62 sowie einem Bremsklotz 64 zum Aufbringen einer Bremskraft auf die Bremsscheibe 62.

Fig. 12 zeigt schließlich eine Ansicht eines beispielhaften Teilstücks der Beschleunigeranlage 1. Ein Dipolmagnet 200 leitet den Partikelstrahl zunächst auf die Strahlachse 8. Mittels eines Skew-Triplets 202, welches ein um 45° gedrehtes Quadrupol-Triplet ist, können vor Durchlaufen der Nessstellen zunächst Korrelationen in den Emittanzebenen erzeugt, bzw. falls schon vorher im Strahl vorhanden, eliminiert werden. In dem gezeigten Versuchsaufbau diente das Triplet im Wesentlichen zur Inbetriebnahme von ROSE, denn mutwillig herbeigeführte Korrelationen lassen sich rechnen und mit dem neuen MessSystem nun auch messen. Zur Strahlfokussierung, sowie zur Veränderung der

Beschleunigereinstellung kann das Duplet 204 in der

Bunkerwand verwendet werden.

Verschiedene Messstationen sind in Fig. 12 dargestellt. Beispielsweise sind in Fig. 12 bekannte, ortsfeste Schlitz- Gitter-Emittanz-Messanlagen dargestellt für eine

Vergleichsmessung mit dem neu entwickelten System.

Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild einer beispielhaften Ansteuerung der Messelektronik. Das UNILAC-Timing-Modul 72 gibt über das TIF einen Puls an den Event-Verteiler 74 aus. Die Messvorrichtung 100 empfängt den Puls und beginnt mit der Messung. Die Messvorrichtung 100 kann ferner mit einer Direktverbindung über einen Geräte-Bus mit dem UNILAC- Timing-Modul 72 ausgerüstet sein.

Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild einer beispielhaften Ansteuerung des Schrittmotors 32 über das Kontrollsystem 80, welches beispielsweise ferngesteuert bedient werden kann. Die Schrittmotorsteuerung 33 nimmt die verfügbaren Daten beispielsweise des Winkelsensors 38 auf und steuert den Schrittmotor 32. Auch beispielsweise das Signal des Endanschlags 44 kann von der Schrittmotorsteuerung 33 verarbeitet werden, um eine Bewegung des Schrittmotors 32 zu stoppen.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.

72 UNILAC-Timing-Modul

74 Event-Verteiler

80 Kontrollsystem

100 Messvorrichtung

102 zentrales Rohrstück

104 erste Seite der Messvorrichtung

106 zweite Seite der Messvorrichtung

108 Lagerstück

108' Lagerstück

110 erster Aktuator

115 Schlitz

116 Schlitzträger

120 zweiter Aktuator

122 Ausleseverbinder der Gitter 125

125 Gitter

125' Gitter

200 Dipolmagnet

202 Skew-Triplet

204 Duplet