Hauptbeschleuniger

Der Hauptbeschleuniger, bestehend aus den Linacs 1 und 2, arbeitet nach dem Prinzip von HF-Kavitäten mit stehenden Wellen. Die Kavitäten sind supraleitende Niob-Strukturen, die bei 1,8 K (flüssiges Helium) betrieben werden. Diese Strukturen wurden für den TESLA-Beschleuniger von DESY entwickelt und werden von dort für das ELBE-Projekt bezogen. Mit diesen Kavitäten wird ein Beschleunigungsgradient von bis zu 15 MV/m erreicht. Die zugehörigen Kryostaten und die mechanischen Tuningsysteme können wegen der sehr unterschiedlichen Zielstellungen beider Projekte nicht mit übernommen werden. Diese Teile wurden in einer engen Kollaboration mit der Universität Stanford entwickelt und gebaut. In jedem Kryostaten sind zwei neunzellige Kavitäten untergebracht, so dass eine Ausgangsenergie von 20 MeV erreicht wird.

Schnittdarstellung des Kryostaten mit Niob-Kavitäten

Kryostat

Die erforderliche Reinraumtechnik bis Klasse 10 für Vakuumkomponenten und Montagearbeiten an den supraleitenden Strukturen ist Teil des ELBE-Projekts.

Folgende Forderungen lassen sich mit den Beschleunigungsstrukturen erfüllen:

  • Schnelle und einfache Änderung der Elektronenstrahlenergie, da die erforderliche Hochfrequenzleistung relativ klein ist (extrem kleine Verluste in den supraleitenden Beschleunigungsstrukturen) und die Hochfrequenzverstärker (Klystrons) im linearen Bereich betrieben werden können.
  • Leichte Regelung (feedback) zur Stabilisierung der Wellenlänge des FEL über die Hochfrequenz (und damit der Elektronenstrahlenergie) realisierbar.
  • cw-Mode bzw. beliebig lange Makropulse möglich.
  • Relativ große Alignmenttoleranzen zulässig wegen des Irisdurchmessers der Beschleunigerstrukturen von ca. 70 mm.
  • Wenig Probleme btr. transversaler bzw. longitudinaler Wakefield-Effekte.
  • Große Bunchladungen bzw. Peakströme möglich