TITELBLATT Lehrstuhl für Beschleuniger- physik 13. Juni 2003

Lehrstuhl für Beschleunigerphysik Prof. Dr. Klaus Wille Prof. Dr. Thomas Weis Entwicklung von Beschleunigern speziell für Synchrotronstrahlung Entwicklung von Komponenten und Monitoren für Beschleuniger Entwicklung und Einsatz von Software zur Steuerung von Beschleunigern Studium der linearen und nichtlinearen Teilchendynamik Studium und Bekämpfung von Strahlinstabilitäten Entwicklung von Strahlungsquellen für Synchrotronstrahlung Entwicklung von Free Electron Lasern (FEL) Und: Betrieb und Weiterentwicklung der Beschleunigeranlage DELTA

Mitglieder des Lehrstuhls für Beschleunigerphysik Professoren: T. Weis, K. Wille Wissensch. Mitarbeiter: U. Berges, J. Friedl, P. Hartmann, D. Schirmer, G. Schmidt Doktoranden: A. Gasper, M. Grewe, R. Heine, E. Kasel, H. Huck, S. Strecker, Diplomanden: G. But, N. Zebralla

Vorlesungen und Lehrveranstaltungen K. Wille: „Einführung in die Beschleunigerphysik“ „Elektronik“ Th. Weis: „Kollektive Effekte intensiver Teilchenstrahlen“ Seminar (zusammen mit E 1) Praktika geplante Vorlesung: „Beschleuniger in der Medizin“

Beschleunigte Ladungen emittieren elektromagnetische Strahlung Elektronen- bahn Synchrotronstrahlung Das gilt auch für relativistische Elektronen beim Durchlaufen eines Magnetfeldes Die abgestrahlte Leistung ist

Synchrotronstrahlung Spektrum der elektromagnetischen Wellen 700 600 500 400 nm sichtbares Licht Frequenz 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023 Ultra- violett- strahlung Mittel- & Kurz- welle UKW und Fernsehen Lang- welle Mikro- wellen Infrarot- strahlung Gamma- strahlung Licht Röntgen- strahlung Radar Synchrotronstrahlung 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14

Durch die relativistischen Geschwindigkeit der Elektronen wird die Strahlung scharf nach vorn gebündelt. v = 0.9 c v = 0.3 c bei DELTA: v = 0,999999949 c

Ablenkmagnet Elektronenstrahl Strahlungsfächer Probe Strahlung aus einem Ablenkmagneten Der sichtbare Teil der Synchrotronstrahlung

Prinzip eines Wigglers bzw. Undulatormagneten Undulatorperiode Prinzip eines Wigglers bzw. Undulatormagneten Elektronenstrahl Undulatorstrahlung Magnetpole Der Elektronenstrahl wird nur sehr schwach abgelenkt. Daher gibt es keinen Strahlungs- fächer, sondern alle Strahlung wird in eine Richtung emittiert, was ihre Intensität extrem verstärkt.

Undulator aus Permanentmagneten

Supraleitender Wigglermagnet

Die Beschleunigeranlagen von DELTA BoDo Linac DELTA

Blick in die Beschleunigerhalle

Elektronen- „Gun“ Beschleunigerstruktur Energie: Emax = 75 MeV Blick auf den Linearbeschleuniger

Der Speicherring DELTA

Fokussierungsmagnete Ablenkmagnete Fokussierungsmagnete „Quadrupole“ Ein Quadru- pol wirkt ähnlich wie eine Linse Teil der Magnetstruktur des Speicherrings

Leistungssender Pmax = 65 kW Zirkulator Absorber Steuer- schrank

Kontrollraum der Speicherringanlage

Rechnersteuerung der Beschleunigeranlage

Aktuelle Themen für Diplom- und Doktorarbeiten Allgemeines zu Diplomarbeiten: Themen aus aktuellen Fragestellungen oder zukünftigen Projekten Untersuchung der grundlegenden physikalischen Effekte oder Prinziptest neuer technischer Komponenten Betreuung der Arbeit durch den verantwortlichen Hochschullehrer und einen der wissenschaftlichen Mitarbeiter Bei experimentellen Arbeiten Einweisung in die Sicherheitsregeln (Hochspannung, Strahlenschutz usw.)

Entwicklung von Geräten zur Messung von Strahl- parametern („Monitore“) Beispiel: der Beam Position Monitor Wissenschaftliche Probleme: Orbitkorrektur schnelle BPM-Elektronik „Modelling“ der Maschine

x x‘ Messung der Strahl-Emittanz Phasenraumthomographie Instabilitäten Digital Signal Processor Feedbacksysteme

Entwicklung von schnellen gepulsten Magneten „Slotted Pipe Kicker“ Schnelles Timing (500 MHz Elektronik) Neues Konzept für schnelle Hochleistungspulser ( I > 3000 A, Pulsdauern  < 1 µs )

Prinzip des FEL-Oszillators

Das DELTA-FEL-Projekt FELICITA I Erstes Lasing am 28.1.1999 bei  = 470 nm später bei bei  = 420 nm

Erster erfolgreicher Test von „FELICITA I am 28. Januar 1999 exponentielles Anwachsen der Lichtintensität beim Einsatz des Lasens

Energiemessung (optisches Klystron) ideales Spektum mit E/E = 0 reales Spektum mit E/E 0

Strahlrohr für Infrarot-Strahlung Ablenkmagnet Spiegel Spiegel rein Spiegel raus Spiegel

interessante Aufgaben für Lehramtskandidaten: Darstellung von Teilchenbeschleunigern, ihrer Physik und ihrer Anwendung in der Forschung Geschichte der Beschleunigeranlage DELTA (Physikalisches Konzept und Realisation) Ausarbeitung von Einführungsvorträgen über Beschleuniger, Synchrotronstrahlung und ihre Anwendung (mit Einsatz elektronischer Medien)

ENDE