14.12.2012

Neue Helmholtz-Russia Joint Research Group an PITZ bewilligt

Beste Injektoren für moderne Röntgenquellen: Eine gerade von der Helmholtz-Gemeinschaft bewilligte Helmholtz-Russia Joint Research Group um Mikhail Krasilnikov vom DESY und Efim Khazanov vom Institut für Angewandte Physik in Nizhny Novgorod wird an der Testanlage PITZ (Photo Injector Test facility in Zeuthen) die Generierung von hochgeladenen Elektronenpaketen optimieren, um die Eigenschaften  von Freie-Elektronen-Lasern noch weiter zu verbessern. Die Gruppe wird von der Helmholtz-Gemeinschaft über drei Jahre mit insgesamt 390 000 Euro gefördert, zusätzlich kommen 3,6 Mio. Rubel aus Russland. Die deutsch-russische Forscherkooperation ist Teil der Fortsetzung eines längerfristigen Projekts, das 2010 vom Bundesforschungsministerium bewilligt wurde und bei DESY die idealen Elektronenquellen für die Forschungslichtquellen der Zukunft entwickeln soll.

Die Photo Injector Test facility in Zeuthen PITZ.

Freie-Elektronen-Laser wie FLASH oder der gerade in Bau befindliche European XFEL versprechen mit ihren hellen und ultrakurzen Röntgenblitzen ideale Möglichkeiten für etliche Forschungsdisziplinen. Ein essenzielles Kriterium für optimale Röntgenlaserblitze sind allerdings die in den supraleitenden Beschleuniger dieser Anlagen eingespeisten Elektronenpakete. Sie müssen aus einer sehr großen Anzahl von Elektronen bestehen, die sich in möglichst großer Ordnung und stark gebündelt in den Beschleuniger fädeln lassen. Diese Pakete werden mit Hilfe eines sogenannten Photoinjektors hergestellt, in dem ein intensiver Laserblitz eine dichte Elektronenwolke aus einer Photokathode herauslöst. Zur Erprobung dieser wichtigen Komponente von Röntgenlasern wurde ab 1999 die Anlage PITZ gebaut, an der etliche Technologien und Verfahren für Photoinjektoren verbessert wurden.

Die Forscher haben mit dem vom Max-Born-Institut stammenden Photokathoden-Lasersystem bereits jetzt demonstriert, das sie die derzeit weltweit beste Emittanz, ein Maß für die Parallelität und Bündelung der davonfliegenden Elektronen, mit gleichzeitig sehr hoher Stabilität erzeugen können. Rechnergestützte Simulationen versprechen jedoch weitere Verbesserungen der Eigenschaften der Elektronenpakete, wenn der auslösende Laserpuls nicht von konstanter Intensität über die gesamte Pulsdauer ist (sogenanntes „beer can profile“, Bierdosenprofil), sondern ein eiförmiges Profil in Raum und Zeit aufweist. Die Simulationen versprechen eine bis zu 30-prozentige Verbesserung der Emittanz. Auf den bisherigen Entwicklungen aufbauend wird in dem neuen Projekt die Möglichkeit dieser weiteren Verbesserung von Freie-Elektronen-Lasern an PITZ erprobt. Ein Erfolg dieser Technik würde größere Toleranzen in den Betriebsparametern von Freie-Elektronen-Lasern erlauben und könnte die Flexibilität dieser FELs weltweit erhöhen. Die Forscher wollen in ihren Studien gleichzeitig die Möglichkeit prüfen, ob sie mit dieser Injektortechnik ultrakurze Elektronenpakete herstellen können, die noch weiter verkürzte Röntgenlaserblitze erlauben würden.