Die Beschleunigermannschaft bei den FLASH-Hochstromtests.

Auf dem Weg zu hohen Strahlintensitäten in supraleitenden Teilchenbeschleunigern ist einer Kollaboration des DESY-FLASH-Teams mit Kollegen des International Linear Collider ein entscheidender Schritt gelungen. Im Beschleuniger des Freie-Elektronen-Lasers FLASH – Pilotanlage sowohl für den European XFEL als auch für den International Linear Collider ILC – konnten erstmalig Pulszüge von 800 Mikrosekunden mit einem durchschnittlichen Strahlstrom von sechs Milliampere beschleunigt werden. Für einige Stunden Betrieb wurde bei kürzeren Pulszügen zwischen 300 und 500 Mikrosekunden Dauer sogar der Optimalwert von 9 Milliampere Teilchenstrom erreicht.

Vorangegangen waren den Experimenten Umbauarbeiten bei der Strahlführung zum Absorberblock, wobei durch Verbesserungen beim Vakuumsystem und der Strahldiagnose eine zuverlässige „Entsorgung“ des avisierten hochintensiven Elektronenstrahls sichergestellt wurde. In den zweiwöchigen Hochstrom-Tests haben dann die Beschleunigerphysiker zuerst mit der bestehenden FLASH-Anlage Pulszüge von 800 Teilchenpaketen mit der höchstmöglichen Ladung beschleunigt. Nachdem mit diesen Parametern ein stabiler Beschleunigerbetrieb erreicht war, wurde in den Photoinjektor von FLASH erstmals ein Photokathodenlaser eingesetzt, der mit der dreifachen Frequenz des bisherigen Lasers arbeitet. Damit war die Beschleunigung von 2400 Pulsen in einem Zug möglich. Die Kombination von hoher Elektronenpaketladung und langen Pulszügen steht für weitere Tests nach dem jetzt begonnenen FLASH-Shutdown auf dem Programm.

Die Stärke der supraleitenden Beschleuniger, die in FLASH, dem European XFEL und dem ILC verwendet werden, ist der hohe Strahlstrom, das heißt die Menge und Dichte der Elektronenpakete, die beschleunigt werden können. Unter Volllast sollen die Beschleuniger später Pulszüge von bis zu 2400 Teilchenpaketen innerhalb von 800 Mikrosekunden bei einem Strahlstrom von 9 Milliampere liefern. Das führt beim ILC zu hohen Kollisionsraten, beim European XFEL und FLASH zu einer Flut von bis zu 30 000 Röntgenlaserblitzen pro Sekunde. Diese hohe Frequenz von Lichtblitzen ist nur mit FEL Anlagen in supraleitender Technologie möglich.