Beschleunigerphysik - Institut für Experimentalphysik
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Beschleunigerphysik Institut für Experimentalphysik, Universität Hamburg Der Freie-Elektronenlaser für Röntgenstrahlung: FLASH bei DESY … zur Zeit das Hauptbetätigungsfeld der Uni-Beschleunigerphysikgruppe Elektronenpakete werden durch Photoemission erzeugt… … und longitudinal verkürzt. Die Eigenschaften der Pakete werden vermessen… Photoinjektor … und sie werden beschleunigt. Dies geschieht durch starke elektrische Hochfrequenzfelder (25 Millionen V/m), die in supraleitenden Resonatoren erzeugt werden. Kollimator Beschleuniger Bunch Kompressor Laser 4 MeV In den Undulatoren erzeugen die Elektronen laserartiges Licht, … Undulatoren Bunch Kompressor 125 MeV 380 MeV … das dann für Experimente verwendet wird. FEL Experimente bei (6-45) nm Wellenlänge 1 GeV 250 m Wie wird intensives Laserlicht in einem Freie-Elektronen-Laser erzeugt? Die Elektronen wechselwirken mit den von ihnen selbst spontan abgestrahlten Feldern. Dadurch bildet sich eine Mikrostruktur in dem Paket aus. Die weitere Abstrahlung erfolgt dann wie in einem Laser kohärent, wodurch eine sehr hohe Strahlleistung (mehrere Gigawatt) erreicht wird. Elektronenpakete werden in dem supraleitenden Teilchenbeschleuniger zunächst auf hohe Energien gebracht, in dem sie eine Spannung von bis zu einer Milliarde Volt durchfliegen. Außerdem werden sie transversal und longitudinal geeignet geformt. Sie fliegen anschließend im Slalomkurs durch eine besondere Magnetanordnung (Undulator). FLASH ist die weltweit einzige Quelle, die das im weichen Röntgenbereich erreicht. Beispiele für die Arbeit der Beschleunigerphysik-Gruppe: Messung der longitudinalen Ladungsverteilung im Elektronenpaket …z. B. durch Messungen „Seeding“ von FLASH mit harmonischen eines externen Hochleistungslasers des emittierten Optischer Hochleistungslaser Frequenzspektrums in Form von Synchrotronoder Übergangsstrahlung (Ferninfrarot-/THz-Strahlung). Elektronenstrahl 800 nm ~ 10 mJ eines elektromagnetischen Undulators und Kollimator ~ 30 nm Erzeugung ~ 10 nJ von höheren Harmonischen der Lichtwellen Induzierter FEL Prozess …oder durch Durchstimmen Messung der emittierten Pulsenergie. 2-Stufiges Spektrometer für Infrarotstrahlung Pump-Probe-Experiment Beim so genannten Seeding wird der FEL Prozess durch ein externes Laserfeld gezielt angeregt. Dadurch sind der optische Laser und der FEL perfekt miteinander synchronisiert, wodurch erstmals „Zeitlupen“-Röntgenaufnahmen mit einer zeitliche Auflösung von ca. 10-14 Sekunden (10 fs) möglich werden, bei voller Kohärenz der Strahlung. Man erwartet zusätzlich, dass die Eigenschaften der FEL-Strahlung weniger Schwankungen unterliegt als bisher . …oder durch ‚Drehen‘ des Elektronenpaketes in einem transversal ablenkenden Hohlraumresonator– ähnlich wie im Oszilloskop . Die Realisierung dieses Experiments erfordert u.a. den Bau neuer Strahlmonitore, die sowohl Elektronenals auch Photonenstrahlen vermessen können. Gedrehtes Elektronenpaket σy e− σz ~ 30 nm > 10 µJ Die FLASH Strahlführung wird für dieses Projekt über einen Bereich von 10 m Länge mit neuen Undulatoren ausgestattet. Holhraumresonator … die zukünftigen Projekte Aufbau eines optischen Synchronisationsystems zur Strahldiagnose und für Laser- und Feedbacksysteme PETRA III Messapparaturen und Experimente, die sensitiv auf die Ankunftszeit der Elektronenpakete sind, müssen mit dem Beschleuniger synchronisiert werden. Die zeitlichen Schwankungen sollten dabei so klein wie möglich gehalten werden (wenige Femtosekunden). XFEL Anordnung von 4 Antennen zur Messung der Strahlankunftszeit Umbau des existierenden PETRA Speicherrings zu einer modernen Synchrotronstrahlungs-Quelle (Inbetriebnahme Mitte 2009) Ein 3 km langer Freie-Elektronen-Laser für den Röntgenbereich (Bau hat 2009 begonnen) Front-End eines Strahlankunftmonitors basierend auf faseroptischen Komponenten
