TRANSPORT: Welche der drei Profilbreiten 4sigma, 4sigmaRed, 4sigmaFit gibt den besten Strahlmatrix-Fit?

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1 TRANSPORT: Welche der drei Profilbreiten 4sigma, 4sigmaRed, 4sigmaFit gibt den besten Strahlmatrix-Fit? PSI, im April 2011, Herbert Müller Abstrakt Beim Abspeichern der HIPA-Profilmessungen ins TRANSPORT-001-file hat man die Wahl zwischen den drei Profilbreiten 4sigma, 4sigmaRed und 4sigmaFit. TRANSPORT errechnet aus den Profilbreiten die Strahlparameter. In dieser Studie wird die Qualiität des Strahlmatrix-Fits für die 3 Profilbreiten an Hand von vielen Messungen in den beiden Strahlwegen Injektionsweg 2 und P-Kanal bis Target M verglichen. Der Vergleich zeigt: die Qualität des Strahlmatrix-Fits ist am Besten für die Profilbreite 4sigma. Dies zeigt sich beim vertikalen Fit deutlicher als beim horizontalen Fit, wegen der unterschiedlichen Anzahl Fitparameter (3 vertikal, 6 horizontal). Lässt sich dieses Ergebnis an Hand der Profile verstehen? Bei 4 ausgewählten Messungen findet man, dass einige duale Phasenpunkte für die Profilbreiten 4sigmaRed und 4sigmaFit deutlich aus der dualen Phasen-Ellipse ausscheren. Die zugehörigen Profile sind meist ausgeprägt nicht-gaussisch. Nicht-gaussische Profile verschlechtern also die Fit-Qualität für die Profilbreiten 4sigmaRed und 4sigmaFit, nicht aber für 4sigma.

2 Einleitung Beim Abspeichern der HIPA-Profilmessungen ins TRANSPORT-.001-file stehen drei Profilbreiten - in der TRANSPORT-Notation ist das 2x max oder 2y max - zur Auswahl (A. Mezger): 4sigma Statistisches 2. Moment 4sigmaRed Abziehen von Untergrund, danach 2. Moment 4sigmaFit Abziehen von Untergrund, danach Gauss-Fit TRANSPORT fittet diese Profilbreiten, mit insgesamt 9 Strahlmatrix-Elementen als Fit-Parametern. Mit den Profilbreiten x max bestimmt man die x-x -δ-strahlmatrix (6 Parameter: x max, x max, δ, r 12, r 16, r 26 ). Mit den Profilbreiten y max bestimmt man die y-y -Strahlmatrix (3 Parameter: y max, y max, r 34 ). Die Qualität des Fits drücken wir aus durch den mittleren relativen Fehler: δ δ wo (c = calculated und m = measured). Im Folgenden vergleichen wir die Fit-Qualität für 2y max = 4sigma, 4sigmaRed und 4sigmaFit, für 7 Messungen im Injektionsweg 2 (IW2) und 8 Messungen im P-Kanal bis Target M (PKTM).

3 IW2-File MXC1 MXC1corr ?? PKTM-File MHC1 MHC1corr Bei je zwei TRANSPORT-files musste der Strahlstrom korrigiert werden, siehe Anhang. Welche Profilbreite gibt den besten Strahlmatrix-Fit? Ein oberflächlicher Blick auf die Plots auf den folgenden 2 Seiten zeigt: Der x-fit der Strahlmatrix ist besser als der y-fit, weil 6 x-fit-parameter zur Verfügung gegenüber 3 y-fit- Parametern. Dies bedeutet, dass man auch schlechte x-profildaten relativ gut fitten kann (W. Pauli: Mit 5 Parametern kann man einen Elefanten fitten. ) Schlechte y-profildaten dagegen sollten auch wirklich zu einem ungenügenden Fit führen. Um die Fit-Qualität für 4sigma, 4sigmaRed und 4sigmaFit zu vergleichen, werden wir deshalb in erster Linie den y-fit anzuschauen. Ergebnis der folgenden 2 Seiten vorweg: Die Fit-Qualität ist insgesamt am Besten für y max = 4sigma.

4 Welche Profilbreite gibt den besten Strahlmatrix-Fit im IW2? Beobachtungen: Der Unterschied in der Fit-Qualität zwischen 4sigma, 4sigmaRed und 4sigmaFit ist klein im x-fit, und recht klar im y-fit. Die Fit-Qualität ist fast immer am Besten für y max = 4sigma.

5 Welche Profilbreite gibt den besten TRANSPORT-Fit im PKTM? Beobachtungen: Die x-fit-qualität variiert nur wenig zwischen x max = 4sigma, 4sigmaRed und 4sigmaFit. Die y-fit-qualität ist insgesamt am Besten für y max = 4sigma, vor allem bei kleinen Strömen.

6 Wieso ist die Fit-Qualität für 2y max = 4sigma am Besten? besser als für 4sigmaRed oder 4sigmaFit? Auf den folgenden 5 Seiten werden je 2 IW2- und 2 PKTM-Profil-Messungen ausgewählt, bei welchen der Unterschied der Fit-Qualität zwischen den drei y max besonders gross ist. Die dualen y-y -Ellipsen und Strahl-Profile werden untersucht. Die Profile 34 & 36 im IW2, und 20 & 22 im PKTM wurden wegen unsicherer Transfer-Matrizen nicht in den Strahl-Fit miteinbezogen. Ergebnis der folgenden 5 Seiten vorweg: Für y max = 4sigma 4sigmaRed 4sigmaFit scheren einige Punkte (z. B. 24&26 im IW2, 8&10&12 im PKTM) zunehmend aus der dualen Ellipse aus, und das Phasenvolumen nimmt ab. Beide Effekte sind ausgeprägter bei tiefem Strom. Einige der genannten Profile weichen deutlich von der Gauss-Form ab (Zipfel im IW2, Schiefe und Dellen im PKTM).

7 IW MXC1 = 2.20mA (voller Strahlstrom) 4sigma: δ = 10.5%, ε = sigmaRed: δ = 16.8% ε = sigmaFit: δ = 13.7% ε = 2.93 Profil #4: leichter Zipfel Profil #24: leichter Zipfel Profil #26: Zipfel

8 IW MXC1 = 0.50mA (tiefer Strahlstrom) 4sigma: δ = 10.9%, ε = sigmaRed: δ = 15.3% ε = sigmaFit: δ = 13.9% ε = 1.60 Profil #8: unregelmässig Profil #24: Zipfel Profil #26: Zipfel

9 PKTM MHC1 = 2.17mA (voller Strahlstrom) 4sigma: <err> = 4.6%, epsy = sigmaRed: <err> = 6.7% epsy = sigmaFit: <err> = 7.9% epsy = 2.11 Profil #8: schief? Profil #10: schief? Profil #12: Gaussisch!

10 Profil #16: schief Profil #18: schief? Profil #20: schief? PKTM MHC1 = 0.59mA (tiefer Strahlstrom) sig2y: <err> = 4.1%, epsy = 2.90 sig2ry: <err> = 12.9% epsy = 1.52 sig2fy: <err> = 16.9% epsy = 1.46

11 Profil #4: Profil #8: Delle Profil #10: Delle Profil #12: Delle Profil #14: Delle Profil #18:

12 Anhang: Korrektur des Strahlstroms Beim Abspeichern eines Sets von Profilmessungen ins mes-file kann es relativ leicht geschehen, dass der falsche Strahlstrom abgespeichert wird, nämlich dann wenn nach Ablauf der Messung und vor Drücken von Data to Transport der Strahlstrom geändert wird. (Beispiel-Situation: während der Messung schaut ein Schichtleiter zu, und drückt mimisch oder verbal seinen Unmut über das Verbraten von Strahlzeit für sinnlose Messungen aus. Der Experimentator wird dann nach dem Ende der Messung sofort den Strahlstrom wieder auf den gewünschten Wert setzen, und erst dann abspeichern.) Bei den 15 verwendeten Profil-Messungen sind 3 Strahlströme wahrscheinlich falsch abgespeichert worden. Dies wurde offensichtlich durch Vergleich der abgespeicherten Ströme mit den aufintegrierten Signalen zweier Profilmonitore (MHP1 & 2 im PKTM, MXP17 & 18 im IW2). Ich habe in diesen Fällen versucht, den Strahlstrom während der Messung mit Hilfe der archivierten Daten zu bestimmen. Meine Strahlstrom-Korrekturen sollten beim genauen Betrachten der folgenden Figuren klar werden.

13 Strahlstrom-Korrekturen im PKTM File MHC1 pktm pktm MHP1:158 MHP2:186 MHC1corr

14 Strahlstrom-Korrekturen im IW2 File MXC1 iw iw MXP17:25 MXP18:22 MXC1corr ??