Title (eng)
A low energy proton source for ASACUSA's matter studies
Parallel title (deu)
Eine niederenergetische Protonenquelle für ASACUSA's Materiestudien
Author
Alina Weiser
Advisor
Eberhard Widmann
Assessor
Eberhard Widmann
Abstract (deu)
Die ASACUSA Kollaboration hat das Ziel die Hyperfeinstruktur von Antiwasserstoff im Grundzustand zu messen. Diese Messung kann das CPT-Theorem testen und möglicherweise zu einer Entdeckung von Physik jenseits des Standardmodells führen.
Aber nachdem sich CERN derzeit im ‚Long Shutdown 2‘ befindet, können keine langsamen Antiprotonen hergestellt werden. Während dieser Zeit kann das Antiwasserstoffproduktionsschema verbessert werden indem die Antiteilchen mit ihren Materiepartnern ausgetauscht werden.
Aus diesem Grund wurde eine Protonenquelle entwickelt. Dieses Gerät besteht aus drei verschiedenen Modulen, der Elektronenkanone, der Gaszelle und dem Extraktionsmodul. Die Protonen werden in der Gaszelle durch Elektronstoßionisation in H2-Gas produziert. Nachdem die Gaszelle auch eine Penningfalle ist, werden die Protonen dann durch die elekrischen und magnetischen Felder gefangen. Das Extraktionsmodul kann den extrahierten Protonenstrahl fokussieren und in die gewünschte Richtung steuern. Mit der Quelle können sowohl kontinuierliche als auch gepulste Strahlen von Protonen herstellt werden.
Wie von dem Ionisationsquerschnitt von H2 erwartet, ist die Anzahl der produzierten Protonen klein im Gegenzug zu der Zahl der generierten H2 und H3-Ionen. Wenn aber ‚rotating wall‘ Pulse mit einer Frequenz von 0.47 MHz an die Gaszelle angelegt werden, kann die Nummer der Protonen erhöht werden. Zur gleichen Zeit werden aber H2+und H3+ aus der Quelle verdrängt. Es wird geschätzt, dass die Quelle in diesem Modus zwei Millionen Protonen und jeweils eine halbe Million H2+ und H3+ pro Sekunde produzieren kann.
Abstract (eng)
The ASACUSA experiment aims to measure the ground-state hyperfine structure of antihydrogen. However, due to the ongoing Long Shutdown 2 at CERN no slow anti-protons, necessary for antihydrogen formation, can be produced.
During this time the 'mixing scheme' used to produce antihydrogen by mixing positrons and antiprotons, can be improved by exchanging antiparticles with the corresponding particles in order to form hydrogen.
Subsequently, a low energy proton source has been designed and developed.
It consists of three modules, an electron gun, a gas cell–penning trap and an extraction module. Protons are produced inside the gas cell trap by electron impact ionisation of H2-gas. The protons can then be confined by the Penning trap.
The extraction module is used to focus and steer the proton beam into the hydrogen mixing trap.
The characterisation measurements showed that it produces a beam of H, H2 and H3 ions, which can be moved and focussed by the extraction module. As expected without the application of cooling pulses, the number of generated protons is low in comparison to the number of H2+ and H3+ produced by the source. However, it was also found that, by applying rotating wall pulses with a frequency of 0.47 MHz on the gas cell trap, the number of protons can be increased while both H2 and H3 ions are driven out of the trap. It is estimated that in this mode, the source can generate approximately two million protons and half a million H2+ and H3+ each, per second.
Keywords (eng)
proton sourcePenning trapsideband coolingrotating wallelectron impact ionizationMCP-detectoratomic physics
Keywords (deu)
ProtonenquellePenningfalleElektronstoßionisationMCP-Detektorrotierende WandAtomphysik
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Extent (deu)
vii, 83 Seiten : Diagramme
Number of pages
91
Study plan
Masterstudium Physik
[UA]
[066]
[876]
Association (deu)
Title (eng)
A low energy proton source for ASACUSA's matter studies
Parallel title (deu)
Eine niederenergetische Protonenquelle für ASACUSA's Materiestudien
Author
Alina Weiser
Abstract (deu)
Die ASACUSA Kollaboration hat das Ziel die Hyperfeinstruktur von Antiwasserstoff im Grundzustand zu messen. Diese Messung kann das CPT-Theorem testen und möglicherweise zu einer Entdeckung von Physik jenseits des Standardmodells führen.
Aber nachdem sich CERN derzeit im ‚Long Shutdown 2‘ befindet, können keine langsamen Antiprotonen hergestellt werden. Während dieser Zeit kann das Antiwasserstoffproduktionsschema verbessert werden indem die Antiteilchen mit ihren Materiepartnern ausgetauscht werden.
Aus diesem Grund wurde eine Protonenquelle entwickelt. Dieses Gerät besteht aus drei verschiedenen Modulen, der Elektronenkanone, der Gaszelle und dem Extraktionsmodul. Die Protonen werden in der Gaszelle durch Elektronstoßionisation in H2-Gas produziert. Nachdem die Gaszelle auch eine Penningfalle ist, werden die Protonen dann durch die elekrischen und magnetischen Felder gefangen. Das Extraktionsmodul kann den extrahierten Protonenstrahl fokussieren und in die gewünschte Richtung steuern. Mit der Quelle können sowohl kontinuierliche als auch gepulste Strahlen von Protonen herstellt werden.
Wie von dem Ionisationsquerschnitt von H2 erwartet, ist die Anzahl der produzierten Protonen klein im Gegenzug zu der Zahl der generierten H2 und H3-Ionen. Wenn aber ‚rotating wall‘ Pulse mit einer Frequenz von 0.47 MHz an die Gaszelle angelegt werden, kann die Nummer der Protonen erhöht werden. Zur gleichen Zeit werden aber H2+und H3+ aus der Quelle verdrängt. Es wird geschätzt, dass die Quelle in diesem Modus zwei Millionen Protonen und jeweils eine halbe Million H2+ und H3+ pro Sekunde produzieren kann.
Abstract (eng)
The ASACUSA experiment aims to measure the ground-state hyperfine structure of antihydrogen. However, due to the ongoing Long Shutdown 2 at CERN no slow anti-protons, necessary for antihydrogen formation, can be produced.
During this time the 'mixing scheme' used to produce antihydrogen by mixing positrons and antiprotons, can be improved by exchanging antiparticles with the corresponding particles in order to form hydrogen.
Subsequently, a low energy proton source has been designed and developed.
It consists of three modules, an electron gun, a gas cell–penning trap and an extraction module. Protons are produced inside the gas cell trap by electron impact ionisation of H2-gas. The protons can then be confined by the Penning trap.
The extraction module is used to focus and steer the proton beam into the hydrogen mixing trap.
The characterisation measurements showed that it produces a beam of H, H2 and H3 ions, which can be moved and focussed by the extraction module. As expected without the application of cooling pulses, the number of generated protons is low in comparison to the number of H2+ and H3+ produced by the source. However, it was also found that, by applying rotating wall pulses with a frequency of 0.47 MHz on the gas cell trap, the number of protons can be increased while both H2 and H3 ions are driven out of the trap. It is estimated that in this mode, the source can generate approximately two million protons and half a million H2+ and H3+ each, per second.
Keywords (eng)
proton sourcePenning trapsideband coolingrotating wallelectron impact ionizationMCP-detectoratomic physics
Keywords (deu)
ProtonenquellePenningfalleElektronstoßionisationMCP-Detektorrotierende WandAtomphysik
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
Number of pages
91
Association (deu)
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