1 HERA Statue… mit Kopf ... Historischer Überblick ... Aufbau eines Hochenergie-Speicherrings ...Umbaumaßnahmen ...Erste Ergebnisse und Messungen am Strahl Die neue HERA: Status der Maschine nach dem Lumi-Upgrade„ Bernhard Holzer, MHE Basic Layout of the Machine HERA is a double ring collider: two independent storage rings 4 straight sections for experiments collision of protons & electrons at two interaction regions (North/South) internal gas target at IR East internal wiretarget at IR West H1 Hera-B Hermes ZEUS
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HERA Statue… mit Kopf · Hera-B Hermes ZEUS. 2 HERA History 1981 Proposal for a e/p collider at DESY 1984 Start of construction 1988 Commissioning of the electron storage ring 1991
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HERA Statue… mit Kopf
... Historischer Überblick
... Aufbau eines Hochenergie-Speicherrings
...Umbaumaßnahmen
...Erste Ergebnisse und Messungen am Strahl
Die neue HERA: Status der Maschine nach dem Lumi-Upgrade„ Bernhard Holzer, MHE
Basic Layout of the Machine
HERA is a double ring collider:
two independent storage rings
4 straight sections for experiments
collision of protons & electrons at two interaction regions (North/South)
internal gas target at IR East
internal wiretarget at IR West
H1
Hera-B
Hermes
ZEUS
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HERA History
1981 Proposal for a e/p collider at DESY1984 Start of construction1988 Commissioning of the electron storage ring1991 Commissioning of the proton storage ringOct. 1991 First e/p collisions1992 Detectors H1 & ZEUS „on beam21994 Installation of Spin rotators in section east1995 HERMES Experiment 1996 HERA-B Experiment1998 Proton energy increased to 920 GeV1999 Design luminosity 2000 L ≥ 2∗ 10 ^31 cm^-2 sec^-1
Circumference: 6.3 km
Proton Beam: Injection Energy 40 GeVLumi-Energy 920 GeV
Electron Beam: Injection Energy 12 GeVLumi Energy 27.5 GeV
Magnetic field p-ring: 5.1 Tesla at I=5500 A for 920 GeV
MPY/MHE: Maschinenphysik, Optik Rechnungen, SynchrotronlichtZR: Organisation, Koordinierung der Arbeiten im TunnelZBAU, ZMEA: Aufbau & Installation des neuen Lattice im TunnelZMEA2: Vermessung / Justierung der neuen Strecken, ARENAMKS: Installierung der neuen supraleitenden MagneteQuench-Protection: Überwachung der neuen s.c. MagneteMPL: Konstruktion (Brücken)Magnetmessgruppen: Holler et al, Brück et alMKK: Neue Netzgeräte, neue Stromversorgung und KühlungMVA/MVP: Vakuumsystem von 0m ... 70 m komplett neu gebautMKI: Kontrolle der neuen Hardware, Spezialprogramme
(GM, Cal etc)MHF: Demontage und Reinstallation von KomponentenZEUS/H1: neue Lumi-Messung, neue Detektor-Komponenten,
neue Untergrund-DetektorenBNL: neue supraleitende MagneteEfremov: neue normalleitende Magnete externe Firmen Magnete, Spulen etc.
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1.) Abbau der alten Lattice-Struktur
• Demontage aller bisherigen Magnetein den beiden WWZ (0 m ... 70 m)
• Abbau der alten Magnetgestelle,Kabel, Wasserkühlungen
• Demontage des gesamten Vakuumsystems in diesem Bereich
2.) Vorbereitungen für den Aufbau des neuen Lattice
• Aufbau der Infrastruktur: Haupt-Kühlwasser Leitungen, Stromkabel
• Vorbereitung der Magnetstützen• Vermessen der neuen
1. Gespeicherter Strahl in allen „Files“: 40, 150, 300, 680, 820, 920 GeV, Lumi2. Optimieren von Orbit, Strahlverlusten, Strahlparametern3. Messung der Strahl-Optiken
LknQ
dlknQ
*__
****41
****41
βπ
βπ
Δ=Δ
∫ Δ=Δ
Optik Messungen
Erste Optik Messung im Lumi-File:Fehler Δβ/β = 300%Falsche Kalibrierung einer Quadrupol Linse
Korrektur des Magnetstroms
Aktueller Stand: Abweichungen in der Strahlgröße: 10...15 %, in beiden Speicherringen
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9.) Luminosität
• Erste Testkollisionen im Oktober 2001
Suche nach Luminosität in beiden Experimenten
Ereignisrate am H1 Luminositäts Detektor (willkürl. Einheiten)
Steigerung der Rate beim Variieren der transversalen Strahlposition des p-Trahls bzgl. des e-Strahls.
Messung der spezifischen LuminositätKollision der beiden Strahlen mit gegenseitigem transversalen Abstand, „Lumi-Scan“ , Messung der (unkalibrierten) Ereignisrate durch die Experimente
21230
yx
yx
sec10*8.1
:her Werttheoretisc−−−
∗∗
∗∗
=
=
=
mAcmspecL
1*
uf2e4
1specL
pI eI*
buf2e4
1absL
σσπ
σσπ
Experimentell gemessen
Strahl-Studien: Luminosität
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Aktuelle Situation: Untergundstudien
Synchrotronstrahlungs Untergrund in den neuen WWZ ist kritisch. Derzeit limitiert die Untergrundrate die in HERA akkumulierte Intensität.
Messung der Lage des Strahls bzgl. der Quadrupol Achsen... Ein ausser Achse stehender Quadrupolmagnet lenkt den Teilchenstrahl ab ... Und produziert damit zusätzliches Synchrotronlicht.
Beam Based Alignment (BBA).Messung der Strahllage in den Quadrupolen der WWZ durch Variieren der Linsenstärke.
Δ k*Lk*L
Offset Offset
Optimierung von Strahllage und –winkel am IP anhand von Experimente-Daten:
Beispiel: H1 SpaCal Messung zur Minimierung des Synchrotron-Licht Untergrundes
Optimierung am Strahl
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Aktuelle Situation:
• Alle relevanten „Files“ etabliert, Rampe beider Strahlen ohne Probleme (!)
• Neue Magnete funktionieren bei allen Energien
• Strahlstudien: Optiken o.k. (!!)
• Spez. Luminosität: o.k. ,sehr nah am theor. erwarteten Wert (!!!)
• Injektion e & p: o.k. ... muss noch besser werden
• ABER Untegrundprobleme in beiden Experimentenhohe Beeinträchtigung der Detektoren H1 und ZEUS durch Synchrotronlicht
• Optimierung von Strahllage & Winkel links vom Experiment
Resumé:
• beide HERA Speicherringe sind in Betrieb• Strahldimensionen stimmen gut mit den theoretisch erwarteten Werten überein (im Bogen und an den IP´s)
• alle benötigten Zustände wurden mit Strahl etabliert und optimiert (Injektion, Beschleunigung, Parkposition, Luminosität)• erste Kollisionen in Testbetrieb zeigen fast die erwartete Kollisionsrate
Weiteres Vorgehen...
• Untergrund Optimierung (ZEUS)• Reproduzierbarkeit der Orbits, d.h. der Lage von Strahlteilchen und Synchrotronlicht-Fächer• Polarisationstunes (d.h. Optimierung der e-Strahlparameter für HERMES)• Höhere Intensität höhere absolute Luminosität