Injektor


Gepulster Injektor

Für Anwendungen mit hohen Peakströmen im Bunch wird ein gepulster Injektor verwendet. Er dient der Erzeugung eines gepulsten Elektronenstrahls, der nach der Beschleunigung in supraleitenden Kavitäten für den Betrieb der FEL verwendet wird.

Der vom Injektor gelieferte Elektronenstrahl besitzt eine Energie von 250 keV bei einer Bunchladung von 77 pC und eine Wiederholfrequenz von 13 MHz, was einem mittleren Strahlstrom von 1 mA entspricht. Die Wiederholfrequenz ist der 100. Teil der Arbeitsfrequenz des Beschleunigers von 1,3 GHz. Der Strahl kann mit einer Makropulsung beaufschlagt werden. Am Eingang der ersten supraleitenden Cavity (dem Ausgang des Injektors) beträgt die transversale Emittanz ca. 13  mm x mrad und die longitudinale Emittanz ca. 50  keV x deg.

 

Der Injektor besteht aus einer elektronisch gepulsten thermischen Elektronenquelle (Triode) mit nachfolgender elektrostatischer Beschleunigung auf eine Energie von 250 keV. Der Elektronenstrom wird aus einer Glühkathode extrahiert. Durch ein nachgeschaltetes Gitter, das mit kurzen, hohen Spannungsimpulsen beaufschlagt wird, werden die Elektronenbunche erzeugt. Die Elektronenquelle liefert Bunche mit einer Länge von ca. 500 ps. Diese Elektronenbunche gelangen in den subharmonischen Buncher, der bei einer Frequenz von 260 MHz arbeitet (ein Fünftel der Arbeitsfrequenz). Die Bunche werden durch die im Buncher erfolgte Energiemodulation in der nachfolgenden Driftstrecke komprimiert. Im anschließenden 1,3 GHz-Fundamental-Buncher werden die Elektronenbunche weiter komprimiert, ehe sie in die erste supraleitende Cavity eingeschossen werden.

Fünf Magnetlinsen und mehrere Steerer sorgen für die notwendige Strahloptik. Ein Makropulsgenerator kann Makropulse ab 0,1 ms Länge bei Wiederholraten bis zu 100 Hz erzeugen. Diagnoseelemente dienen der Justage des Strahles sowie der Überwachung und Optimierung während des laufenden Betriebes.

 

Supraleitende HF-Photoelektronenquelle 

Am Beschleuniger ELBE ist ein zweiter Elektroneninjektor installiert, in dem die Elektronenpulse aus einer Photokathode mit Hilfe eines Laserpulses erzeugt werden. Die Photokathode befindet sich in einer supraleitenden HF-Kavität. Die sofortige starke Beschleunigung der Elektronen in die HF-Feld ermöglicht es Elektronenpulse mit hoher Ladung und kleiner Emittanz zu erzeugen.