Development of a beam diagnosis in toroidal, magnetic guidance fields

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde eine Detektor-Sonde entwickelt, um Strahlprofile eines Ionenstrahls entlang der gekrümmten, geometrischen Achse eines Toroidsektormagneten zu messen. Bei der Konstruktion der Sonde musste die zuverlässige Messwerterfassung im Vakuum und innerhalb magnetischer Felder von bis zu 0,6 T berücksichtigt werden. Im theoretischen Teil werden die Theorie zum Strahltransport in den verwendeten Bauteilen, sowie die Funktionsweise eines Phosphor-Schirms (P20) dargelegt. Im experimentellen Teil wird die bewegliche Sonde, der verwendete Versuchsaufbau, sowie die Messungen und deren Auswertung näher beschrieben. Im abschließenden Fazit wird auch auf Alternativen zu der verwendeten Messmethode und deren Vor- und Nachteile eingegangen.In the scope of this diploma thesis, a detector probe to measure beam profiles of an ion beam along the curved geometrical axis of a toroidal sector magnet has been developed. The probe has been constructed to fulfill the technical requirements, such as data aquisition in high vacuum and high magnetic field of up to 0.6 T on axis. The theory describes the dynamics of the ion beam transport through the machine, as well as it is the basis for optical diagnostics using a phosphor screen. The experimental part describes the movable probe diagnostics, along with the experimental setup. The thesis has been concluded with a discussion on alternate methods to measure a beam profile in such a machine

NADPH oxidases: key modulators in aging and age-related cardiovascular diseases?

Reactive oxygen species (ROS) and oxidative stress have long been linked to aging and diseases prominent in the elderly such as hypertension, atherosclerosis, diabetes and atrial fibrillation (AF). NADPH oxidases (Nox) are a major source of ROS in the vasculature and are key players in mediating redox signalling under physiological and pathophysiological conditions. In this review, we focus on the Nox-mediated ROS signalling pathways involved in the regulation of 'longevity genes' and recapitulate their role in age-associated vascular changes and in the development of age-related cardiovascular diseases (CVDs). This review is predicated on burgeoning knowledge that Nox-derived ROS propagate tightly regulated yet varied signalling pathways, which, at the cellular level, may lead to diminished repair, the aging process and predisposition to CVDs. In addition, we briefly describe emerging Nox therapies and their potential in improving the health of the elderly population

Entwicklung einer digitalen Hochfrequenzregelung für den gepulsten Betrieb des Protonenlinac Teststandes bei FAIR

Am Standort des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung bei Darmstadt entsteht die Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR). Im Rahmen des Forschungsprogramms von FAIR sind Experimente mit Antiprotonenstrahlen geplant. Um den für die Produktion der Antiprotonen notwendigen hochintensiven Protonenstrahl bereitstellen zu können, wird ein neuer Linearbeschleuniger als Injektor für das Synchrotron SIS18 gebaut. Dieser p-Linac genannte Injektor soll so kurz wie möglich gehalten werden. Daher werden zur Hauptbeschleunigung von 3 MeV auf 70 MeV neuartige CH-Kavitäten verwendet. Ein HF-Teststand wird an der GSI aufgebaut, um diese neuartigen Kavitäten und ihre HF"~Versorgung testen zu können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine gepulste 325 MHz HF-Regelung für diesen Teststand entwickelt. Diese basiert auf der HF-Regelung des S-DALINAC, die für den cw-Betrieb von normal- und supraleitenden Kavitäten bei 3 GHz ausgelegt ist. Ziel dieser Arbeit ist es zum einen, die Betriebsfrequenz der HF-Regelung des S-DALINAC auf die 325 MHz des p-Linac anzupassen. Zum anderen muss die Reaktionszeit der Regelung deutlich verbessert werden, um innerhalb des 200 µs langen HF-Pulses das Feld in der Kavität mit einem relativen Amplitudenfehler von maximal 10^-3 und einem Phasenfehler von maximal 0,1° einzuregeln. Besonders kritisch ist auch die Zeit, die die Regelung benötigt, um diese Kriterien wieder zu erfüllen, nachdem der Strahlpuls das Feld der Kavität gestört hat. Zunächst wurde mit analytischen und numerischen Methoden die Abhängigkeit der Regelgeschwindigkeit von verschiedenen Parametern der Regelung und der Kavität untersucht. Dazu wurde ein Modell für das Amplitudenverhalten einer Kavität im Basisband aufgestellt, welches durch Vergleich einer gemessenen mit einer berechneten Sprungantwort bestätigt wurde. Eine analytische Untersuchung zeigte die Abhängigkeit der idealen Regelparameter von der Zeitkonstanten der Kavität für I- und PI-Regler. Mit Hilfe von numerischen Simulationen konnte gezeigt werden, in welchem Maß sich die Totzeit negativ und eine Vorsteuerung positiv auf die Regelgeschwindigkeit auswirkt. Für die Anpassung an die Betriebsfrequenz von 325 MHz wurde ein neues HF-Board entwickelt und erfolgreich getestet. Auch wurde in der Regelung die Fähigkeit implementiert, Integralregler bedingterweise anzuhalten, um Windup-Effekten entgegenzuwirken. Um die Reaktionszeit zu reduzieren, wurden die Aliasing-Filter der Analog-Digital-Wandler überarbeitet, der Amplitudendetektor wurde durch eine Amplitudenbestimmung auf Basis der I/Q-Signale ersetzt und die Regelung wurde um eine gepulste Vorsteuerung erweitert. Durch diese Maßnahmen konnte die Reaktionszeit um drei Viertel gesenkt werden

Entwicklung einer digitalen Hochfrequenzregelung für den gepulsten Betrieb des Protonenlinac Teststandes bei FAIR

Am Standort des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung bei Darmstadt entsteht die Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR). Im Rahmen des Forschungsprogramms von FAIR sind Experimente mit Antiprotonenstrahlen geplant. Um den für die Produktion der Antiprotonen notwendigen hochintensiven Protonenstrahl bereitstellen zu können, wird ein neuer Linearbeschleuniger als Injektor für das Synchrotron SIS18 gebaut. Dieser p-Linac genannte Injektor soll so kurz wie möglich gehalten werden. Daher werden zur Hauptbeschleunigung von 3 MeV auf 70 MeV neuartige CH-Kavitäten verwendet. Ein HF-Teststand wird an der GSI aufgebaut, um diese neuartigen Kavitäten und ihre HF"~Versorgung testen zu können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine gepulste 325 MHz HF-Regelung für diesen Teststand entwickelt. Diese basiert auf der HF-Regelung des S-DALINAC, die für den cw-Betrieb von normal- und supraleitenden Kavitäten bei 3 GHz ausgelegt ist. Ziel dieser Arbeit ist es zum einen, die Betriebsfrequenz der HF-Regelung des S-DALINAC auf die 325 MHz des p-Linac anzupassen. Zum anderen muss die Reaktionszeit der Regelung deutlich verbessert werden, um innerhalb des 200 µs langen HF-Pulses das Feld in der Kavität mit einem relativen Amplitudenfehler von maximal 10^-3 und einem Phasenfehler von maximal 0,1° einzuregeln. Besonders kritisch ist auch die Zeit, die die Regelung benötigt, um diese Kriterien wieder zu erfüllen, nachdem der Strahlpuls das Feld der Kavität gestört hat. Zunächst wurde mit analytischen und numerischen Methoden die Abhängigkeit der Regelgeschwindigkeit von verschiedenen Parametern der Regelung und der Kavität untersucht. Dazu wurde ein Modell für das Amplitudenverhalten einer Kavität im Basisband aufgestellt, welches durch Vergleich einer gemessenen mit einer berechneten Sprungantwort bestätigt wurde. Eine analytische Untersuchung zeigte die Abhängigkeit der idealen Regelparameter von der Zeitkonstanten der Kavität für I- und PI-Regler. Mit Hilfe von numerischen Simulationen konnte gezeigt werden, in welchem Maß sich die Totzeit negativ und eine Vorsteuerung positiv auf die Regelgeschwindigkeit auswirkt. Für die Anpassung an die Betriebsfrequenz von 325 MHz wurde ein neues HF-Board entwickelt und erfolgreich getestet. Auch wurde in der Regelung die Fähigkeit implementiert, Integralregler bedingterweise anzuhalten, um Windup-Effekten entgegenzuwirken. Um die Reaktionszeit zu reduzieren, wurden die Aliasing-Filter der Analog-Digital-Wandler überarbeitet, der Amplitudendetektor wurde durch eine Amplitudenbestimmung auf Basis der I/Q-Signale ersetzt und die Regelung wurde um eine gepulste Vorsteuerung erweitert. Durch diese Maßnahmen konnte die Reaktionszeit um drei Viertel gesenkt werden

MicroTCA Based LLRF Control Systems for TARLA and NICA

The MicroTCA Technology Lab (A Helmholtz Innovation Lab) is preparing two turn-key Low Level RF control systems for facilities outside of DESY. The Turkish Accelerator and Radiation Laboratory in Ankara (TARLA) is a 40 MeV electron accelerator with continuous wave (CW) RF operation. The MicroTCA based LLRF control system is responsible for two normal conducting and four superconducting cavities, controlling the RF as well as cavity tuning via motors and piezos. The Light Ion Linac (LILAC) is one of the injectors for the Nuclotron-based Ion Collider Facility (NICA) in Dubna, Russia. It will provide a 7 MeV/u pulsed, polarized proton or deuteron beam. The MicroTCA based LLRF control system will control five normal conducting cavities, consisting of one RFQ, one buncher, one debuncher and two IH-cavities. MicroTCA Technology Lab is cooperating with BEVATECH GmbH, Frankfurt, Germany, who designed the cavities. This paper gives a brief overview of the design of both LLRF systems as well as the status of their assembly

Providing Computing Power for High Level Controllers in MicroTCA-based LLRF Systems via PCI Express Extension

It is possible to connect the PCIe bus of a high performance computer to a MicroTCA crate. This allows the software on the computer to communicate with the modules in the crate, as if they were peripherals of the computer. This article will discuss the use of this feature in respect to accelerator control with a focus on High Level Controllers