BMBF Verbundforschung “HOPE”
Hochbrilliante photoinduzierte Hochfrequenz-Elektronenquellen
- Bergische Universität Wuppertal
- Johannes Gutenberg Universität Mainz
- Technische Universität Darmstadt
- Universität Rostock
- Universität Siegen
- CERN
- Deutsches Elektronen Synchrotron
- Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Künftigen Lichtquellen wie Synchrotronstrahlungsquellen, die durch einen Energy Recovery Linac (ERL) getrieben werden, Freie Elektronen-Laser (FEL) oder THz-Strahlungsquellen ist gemeinsam, dass sie Injektoren erfordern, die hochbrillante Elektronenstrahlen mit hohem Strom bei nahezu kontinuierlichem Betrieb liefern. Damit stellt die Entwicklung geeigneter hochbrillanter Elektronenquellen einen zentralen Faktor dar. Bisher zeigt der Einsatz von Photoemissionsquellen das größte Erfolgspotential, obwohl noch einige wichtige Aspekte geklärt werden müssen, bevor solche Quellen dieses Potential ausschöpfen können und für den Routinebetrieb geeignet sind.
Dieser Verbund untersucht diese Aspekte und soll Lösungen zusammenführen. Dies beginnt mit einem besseren theoretischen Verständnis des Emissionsvorgangs und der Strahldynamik, um die Performanz von unterschiedlichen Photokathoden vorherzusagen. Unterschiedliche Kathodenoptionen, inkl. solcher für photoinduzierte Feldemission für höchste Brillanz oder GaAs für polarisierte Elektronen, müssen für ein breites Anwendungsspektrum entwickelt werden. Diese Untersuchungen profitieren auch von den theoretischen Analysen. Letztlich sollen Beschleunigungsstrukturen für CW-Betrieb bei hoher Spannung entwickelt werden, um die hervorragenden Eigenschaften des emittierten Strahls auch während des Beschleunigungsvorgangs zu erhalten. Supraleitende Kavitäten sind hierfür ideal geeignet, jedoch stellt die Integration einer normalleitenden Kathode in das supraleitende System eine große Herausforderung dar. Dabei gilt ein wichtiges Augenmerk dem Phänomen „Multipacting“, welches bisher den Betrieb solcher Systeme stark einschränkt.
Somit ergänzen sich die unterschiedlichen Teilprojekte dieses Verbunds ideal um letztendlich ein vertieftes Verständnis grundlegender Prozesse in Photoemissionsquellen zu erhalten sowie neue Quellen zu entwickeln und experimentell zu testen, um die Brillanz photoinduzierter Hochfrequenz-Elektronenquellen zu erhöhen und so einen wesentlichen Beitrag zu leisten, um den Zielgrößen für künftiger Lichtquellen nahe kommen. Für den Projektverbund ist eine enge Zusammenarbeit mit den Beschleunigerlaboren DESY, HZB und HZDR essentiell. Die gegenseitige Verknüpfung ist im Abschnitt 3 „Zusammenarbeit der Arbeitsgruppen“ grafisch dargestellt.
Die Expertise der hier kooperierenden Arbeitsgruppen auf verschiedenen experimentellen und theoretischen Gebieten der Beschleunigerphysik lässt erwarten, dass die vorgeschlagenen Arbeiten aus dem universitären Bereich einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung hochbrillanter photoinduzierter Hochfrequenz-Elektronenquellen und deren Einsatz für Großforschungsprojekte beitragen werden.