TITELBLATT Lehrstuhl für Beschleuniger- physik 13. Juni 2003.

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1 TITELBLATT Lehrstuhl für Beschleuniger- physik 13. Juni 2003

2 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

3 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

4 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“

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

6 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

7 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, c

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

9 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.

10 Undulator aus Permanentmagneten

11 Supraleitender Wigglermagnet

12 Die Beschleunigeranlagen von DELTA
BoDo Linac DELTA

13 Blick in die Beschleunigerhalle

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

15 Der Speicherring DELTA

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

17 Leistungssender Pmax = 65 kW Zirkulator Absorber Steuer- schrank

18 Kontrollraum der Speicherringanlage

19 Rechnersteuerung der Beschleunigeranlage

20 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.)

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

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

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

24 Prinzip des FEL-Oszillators

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

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

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

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

29 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)

30 ENDE