Anwendungsorientierte Kryo-Stromkomparatoren für Beschleunigeranlagen (AoCCC)

Abstract

Kryo-Stromkomparatoren (Cryogenic Current Comparator, kurz: CCC) sind Messsysteme, die kleine elektrische Gleich- und Wechselströme im Nanoampere-Bereich exakt vergleichen können. Das Messprinzip der Erfassung des magnetischen Feldes eines Stromflusses ähnelt dem einer sogenannten Stromzange. Tiefkalt und unter Nutzung von Quantenphänomenen der Supraleitung erhält man ein hochgenaues, zerstörungsfreies und einfach zu kalibrierendes Instrument zur Messung von kleinen Strömen geladener Teilchen. Hauptziel des Projektes war es, die physikalischen und praktischen Grenzen des CCC-Verfahrens im Bereich der Beschleunigeranlagen zu ermitteln. Eine spektrale Stromrauschdichte von 1 pArms/sqrt(Hz), Einzelstromimpuls von 500 pApp und eine maximale Bandbreite von 2 MHz konnten als praktikable Grenzen gefunden werden. Grundlegende Untersuchungen zum Einfluss von Störgrößen erfolgten an einem im Projekt entwickelten nichtleitenden GFK-Strahlrohr-Kryostaten.

Cryogenic Current Comparators (CCC) are measurement systems that can precisely compare small DC and AC currents in the nanoampere range. The measurement principle, which involves detecting the magnetic field of a current flow, is similar to that of a so-called current clamp. By operating at cryogenic temperatures and utilizing quantum phenomena of superconductivity, a highly accurate, non-destructive, and easily calibratable instrument for measuring small charged particle currents is obtained. The main goal of the project was to determine the physical and practical limits of the CCC method in the context of accelerator facilities. A spectral current noise density of 1 pArms/sqrt(Hz), single current pulses of 500 pApp, and a maximum bandwidth of 2 MHz were identified as practical limits. Fundamental investigations of external disturbances were carried out using a non-conductive beamline-GRP-cryostat developed in the project.