Die Reaktion 12C(p,γ)13N bestimmt die Rate des Bethe-Weizsäcker-Zyklus in der anfänglichen Entwicklungsphase von Sternen und am äußeren Rand der Sonne. Eine genaue Kenntnis der Reaktionsrate ist somit für die Entwicklung von stellaren Modellen erforderlich. Über das Verhältnis der Raten von den Protoneneinfangreaktionen von 12C und 13C kann außerdem das entsprechende Isotopenverhältnis in Sternen bestimmt werden. Eine Revision der Rate von 12C(p,γ)13N könnte damit einen unerwartet hohen Isotopenanteil von 13C erklären, der in verschiedenen Meteoriteneinschlüssen gemessen wurde und mit den existierenden stellaren Modellen nicht hinreichend in Konsistenz gebracht werden kann. Für den S-Faktor der Reaktion existieren im Energiebereich unterhalb von 190 keV nur Messdaten aus den 1950er Jahren. Bei der Untersuchung von ähnlichen Reaktionen des Wasserstoffbrennens wurden die mit der verwendeten Messtechnik erlangten Messdaten durch moderne Experimente teilweise um einen Faktor zwei oder höher revidiert. Ziel der gegenwärtigen Arbeit war das Messen von S-Faktor-Werten in einem weiten Energiebereich von 130 keV bis 450 keV zur Überprüfung der alten Messdaten und um eine zukünftige präzisere Extrapolation zu astrophysikalisch relevanten Energien hin zu ermöglichen. Dabei wurde eine Messung in inverser Kinematik, eine Methode, für die bisher keine publizierten Daten zu der Reaktion existieren, am HZDR 3 MV Tandetron Beschleuniger durchgeführt mit TiH2-Proben, die mit 12C2+-Ionen bestrahlt wurden. Die Reaktion wurde mittels Gammaspektrometrie ausgewertet und die Proben durch die Methode der Nuklearen Resonanz-Reaktionsanalyse charakterisiert. / The reaction 12C(p,γ)13N determines the rate of the Bethe-Weizsäcker cycle in the initial development phase of stars and near the surface of the Sun. An exact knowledge of the reaction rate is thus required for the development of precise stellar models. In addition, the ratio of the rates of the proton capture reactions of 12C and 13C is used to determine the corresponding isotopic ratio in stars. A revision of the rate of 12C(p,γ)13N might help to explain an unexpectedly high isotopic abundance of 13C, which was measured in presolar grains and cannot be sufficiently explained with the existing stellar models. For the S-factor of 12C(p,γ)13N in an energy range below 190 keV, the only existing data were measured in the 1950s. For similar reactions of hydrogen burning, data obtained with these measuring techniques were revised by a factor of two or higher by modern experiments. The aim of the present thesis was to measure S-factor data in a wide energy range from 130 keV to 450 keV in order to verify the old data and to allow a more precise extrapolation towards astrophysically relevant energies in the future. A measurement in inverse kinematics, a method for which no published data on the reaction exist, was performed at the HZDR 3 MV Tandetron accelerator with a 12C2+ ion beam and the use of TiH2 targets. Gamma spectroscopy was used to measure the yield and the targets were characterized with nuclear resonant reaction analysis (NRRA).

University, Diss., 2004--München.

Universiẗat, Diss., 2003--Köln.

Frankfurt (Main), Universiẗat, Diss., 2008. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2007.

Zugl.: Erlangen, Nürnberg, Univ., Diss., 2008

The advantages of contemporary particle injectors are high bunch charges and good beam quality in the case of normal conducting RF guns and increased repetition rates in the one of DC injectors. The technological edge of the concept of superconducting radio frequency injectors is to combine the strengths of both these sides. As many future accelerator concepts, such as energy recovery linacs, high power free electron lasers and certain collider designs, demand particle sources with high bunch charges and high repetition rates combined, applying the superconductivity of the accelerator modules to the injector itself is the next logical step. However, emittance compensation — the cornerstone for high beam quality — in case of a superconducting injector is much more challenging than in the normal conducting one. The use of simple electromagnets generating a solenoid field around the gun’s resonator interferes with its superconducting state. Hence, it requires novel and sophisticated techniques to maintain the high energy gain inside the gun cavity, while at the same time alleviating the detrimental fast transverse emittance growth of the bunch. In the case of the ELBE accelerator at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, a superconducting electron accelerator provides beam for several independent beamlines in continuous wave mode. The applications include IR to THz free electron lasers, neutron and positron generation, to Thompson backscattering with an inhouse TW laser, and hence, call for a flexible CW injector. Therefore, the development of a 3.5 cell superconducting electron gun was initiated in 1997. The focus of this thesis lies on three approaches of transverse emittance compensation for this photoinjector: RF focusing, the installation of a superconducting solenoid close to the cavity’s exit, and the introduction of a transverse electrical mode of the RF field in the resonator. All three methods are described in theory, examined by numerical simulation, and experimentally reviewed in the particular case of the ELBE SRF Gun II at HZDR and a copy of its niobium resonator at Thomas Jefferson National Laboratory, Newport News, VA, USA.

Ziel des Forschungsvorhabens war, Basiswissen zu Wechselwirkungen zwischen Beschleunigern und Zementen mit mehreren Hauptbestandteilen zu generieren. Systematisch wurde ermittelt, inwieweit sich die Zementleistungsfähigkeit durch Beschleunigerzugabe verbessern und so der Anteil an rohstoff- sowie energieintensivem Klinker effizienter nutzen bzw. weiter verringern lässt. Möglichkeiten und Grenzen der Erhöhung der Frühfestigkeit klinkereffizienter Zemente wurden durch Variation von zementtechnischen Parametern verbunden mit dem gezielten Einsatz unterschiedlicher Beschleunigerwirkstoffe systematisch bestimmt. Einflüsse verringerter w/z-Werte und zur Verarbeitbarkeit nötigem, zum Teil verzögernd wirkendem Fließmittelzusatz auf die Festigkeitsentwicklung beschleunigter Systeme wurden analysiert.

Elektronen- und Positronenstrahlen mit niedrigsten Emittanzen und hohen Strömen werden in zukünftigen Linearbeschleunigern, wie zum Beispiel dem Compact Linear Collider (CLIC), benötigt, um die geforderte Leuchtkraft für physikalische Experimente bereit zu stellen. Diese Strahlen können in Dämpfungsringen, ausgestattet mit starken, supraleitenden Dämpfungswigglermagneten, erzeugt werden. In dieser Arbeit sind Designkonzepte verschiedener supraleitender Dämpfungswigglermagnete entwickelt worden. Testspulen sowie Modelle sind gebaut und getestet, elektrische Verbindungstechniken entwickelt worden. Eine Wärmelastrechnung für den Betrieb in Dämpfungsringen und ein Designkonzept für den kryogenen Betrieb bei 4.2 K ist erstellt worden. Es konnte theoretisch und experimentell gezeigt werden, dass supraleitende Dämpfungswigglermagnete mit Nb-Ti und Nb3Sn Niedertemperatursupraleitern die magnetischen, mechanischen, elektrischen und thermischen Anforderungen erfüllen und in Dämpfungsringen betrieben werden können.

The advantages of contemporary particle injectors are high bunch charges and good beam quality in the case of normal conducting RF guns and increased repetition rates in the one of DC injectors. The technological edge of the concept of superconducting radio frequency injectors is to combine the strengths of both these sides. As many future accelerator concepts, such as energy recovery linacs, high power free electron lasers and certain collider designs, demand particle sources with high bunch charges and high repetition rates combined, applying the superconductivity of the accelerator modules to the injector itself is the next logical step. However, emittance compensation — the cornerstone for high beam quality — in case of a superconducting injector is much more challenging than in the normal conducting one. The use of simple electromagnets generating a solenoid field around the gun’s resonator interferes with its superconducting state. Hence, it requires novel and sophisticated techniques to maintain the high energy gain inside the gun cavity, while at the same time alleviating the detrimental fast transverse emittance growth of the bunch. In the case of the ELBE accelerator at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, a superconducting electron accelerator provides beam for several independent beamlines in continuous wave mode. The applications include IR to THz free electron lasers, neutron and positron generation, to Thompson backscattering with an inhouse TW laser, and hence, call for a flexible CW injector. Therefore, the development of a 3.5 cell superconducting electron gun was initiated in 1997. The focus of this thesis lies on three approaches of transverse emittance compensation for this photoinjector: RF focusing, the installation of a superconducting solenoid close to the cavity’s exit, and the introduction of a transverse electrical mode of the RF field in the resonator. All three methods are described in theory, examined by numerical simulation, and experimentally reviewed in the particular case of the ELBE SRF Gun II at HZDR and a copy of its niobium resonator at Thomas Jefferson National Laboratory, Newport News, VA, USA.

Der Kompakte Linearbeschleuniger CLIC, ist ein Konzept für einen zukünftigen Elektron– Positron Beschleuniger mit einer Schwerpunktsenergie von 3 TeV. Die hohen Ladungsdichten, verursacht durch kleine Strahlgrößen, und die hohe Strahlenergie am CLIC, führen zur Produktion einer großen Menge von Teilchen durch Strahl-Strahl-Wechselwirkungen. Ein großer Teil dieser Teilchen wird den Detektor ohne Wechselwirkung verlassen, aber eine signifikante Menge Energie wird dennoch im Vorwärtsbereich des Detektors deponiert. Dadurch werden Sekundärteilchen erzeugt, von denen Einige Untergrund im Detektor verursachen werden. Es werden auch einige Teilchen mit inhärent großem Polarwinkel erzeugt, die direkt Untergrund in den Spurdetektoren und Kalorimetern verursachen können. Die Hauptursache von Untergrund im Detektor, entweder direkt oder durch Sekundärteilchen, sind inkohärente e+e− Paare und Teilchen aus hadronischen Zwei-Photon Ereignissen. Die Untergrund- und Strahlungspegel im Detektor müssen bestimmt werden, um zu untersuchen, ob ein Detektor mit den Untergrundbedingungen bei CLIC zurechtkommen kann. Mit Hilfe von Simulation der inkohärenten Paare in dem auf GEANT4 basierendem Programm MOKKA, wird die Geometrie eines auf Detektors für CLIC optimiert um den Untergrund im Vertexdetektor zu minimieren. In diesem optimiertem Detektor werden die Untergrund- und Strahlungspegel durch inkohärente e+e− Paare und hadronischen Zwei-Photon Ereignissen bestimmt. Des Weiteren wird die Möglichkeit untersucht, ob Schauer von hochenergetischen Elektron bei kleinen Polarwinkeln im BeamCal zu identifizieren sind. / The high charge density—due to small beam sizes—and the high energy of the proposed CLIC concept for a linear electron–positron collider with a centre-of-mass energy of up to 3 TeV lead to the production of a large number of particles through beam-beam interactions at the interaction point during every bunch crossing (BX). A large fraction of these particles safely leaves the detector. A still significant amount of energy will be deposited in the forward region nonetheless, which will produce secondary particles able to cause background in the detector. Furthermore, some particles will be created with large polar angles and directly cause background in the tracking detectors and calorimeters. The main sources of background in the detector, either directly or indirectly, are the incoherent e+e− pairs and the particles from gamma gamma to hadron events. The background and radiation levels in the detector have to be estimated, to study if a detector is feasible, that can handle the Compact Linear Collider (CLIC) background conditions. Based on full detector simulations of incoherent e+e− pairs with the GEANT4 based MOKKA program, the detector geometry of a CLIC detector is optimised to minimise the background in the vertex detector. Following the optimisation of the geometry, the background and radiation levels for incoherent pairs and gamma gamma to hadron events are estimated. The possibility of identifying high energy electron showers with the most forward calorimeter, the BeamCal, is investigated.