Strahlphysikalische Aspekte des Targetbetriebs bei Hera-B

Abstract

Das HERA­B Target wird zur Erzeugung von Proton­Nukleon Wechselwirkungen am HERA­Protonen Speicherring betrieben. Dazu sind acht Drahttargets um den HERA­Protonenstrahl angeordnet. Der Abstand dieser Drahttar­ gets zum Zentrum des Protonenstrahls wird ständig so geregelt, daß die Wechselwirkungsrate möglichst konstant bleibt und jedes der Targets gleichmäßig zur Gesamtrate beiträgt. Wichtig für die Rekonstruktion der Wechselwirkungen im HERA­B Detektor ist, daß zeitlich zwischen den in HERA umlaufenden Protonenbündeln keine Wechselwirkungen auftreten und daß keine zu großen Fluktuationen der Wechselwirkungsrate auftreten. Diese Arbeit beschreibt den für die präzise Regelung der Wechselwirkungsrate essentiellen mechanischen Aufbau des HERA­B Targetsystems und die im Rahmen einer Neukonstruktion durchgeführten Verbesserungen im Vergleich zur vorher eingesetzten Targetmechanik. Mit dem Targetsystem wurden zeitlich zwischen den Bunchen nicht erwünschte Wechselwirkungen der Strahlprotonen an den Targets beobachtet. Diese Coasting­Beam Wechselwirkungen wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit eingehend untersucht. Die Untersuchungen zeigen, daß der beobachtete Coasting­Beam aus mehreren Komponenten besteht, die durch ihre Energieabweichung relativ zur Sollenergie und ihre Lebensdauer klassifiziert werden können. Mögliche Produktionsmechanismen für die einzelnen Komponenten werden diskutiert. Desweiteren wurde das Prinzip der Modulation des Speicherringtune zur Reduktion von Fluktuationen der Wechselwirkungsrate untersucht. Mit Hilfe einer Ein­Teilchen­Simulation wird das Prinzip der Tune­Modulation im Detail erläutert. Es wird gezeigt, daß die Modulation die Diffusion der Protonen im Arbeitsbereich des Targets vergrößert. Diese zusätzliche Diffusion führt zu kleineren Ratenfluktuatioen, wie Messungen mit dem beschriebenen Targetsystem zeigen.

The HERA­B target is operated to produce proton­nucleon interactions at the HERA proton storage ring. Therefore eight wire targets are arranged around the HERA proton beam. The distance of these wire targets to the center of the proton beam is continously steered in such a way that the interaction rate remains as constant as possible and that each of the targets contributes equally to the total rate. For the reconstruction of ebvents in the HERA­B detector it is important that no interactions arise in the time slots between the proton bunches rotating in HERA and that there are no large fluctuations of the interaction rate. This work describes the mechanics of the HERA­B target system, which is essential for the precise steering of the interaction rate, and summarizes the accomplished improvements of a newly constructed mechanics in comparison to the previously used target mechanics. While operating the target system not desired interactions in the time slots between the proton bunches of the beam were observed at the target. These coasting beam interactions are examined in detail in this work. The examinati­ ons show that the observed coasting beam consists of several components, which can be classified by their energy deviation relative to the nominal energy and their lifetime. Possible production mechanisms are discussed for the individual components. Furthermore the principle of modulating the storage ring tune was examined for the reduction of fluctuations of the interaction rate. With the help of a single particle simulation the principle of the tune modulation is described in detail. It is shown that the modulation increases the diffusion of the protons in the working area of the target. The increased diffusion leads to smaller fluctuations of the interaction rate, which is shown using measurements of the described target system.