Hochfrequenz-System

Das Hochfrequenzsystem stellt alle für den Betrieb des Beschleunigers benötigten Frequenzen bereit, die phasensynchron von einem hochstabilen 13 MHz Master - Oszillator abgeleitet werden. Hochfrequenz - Leistungsverstärker erzeugen die Energie, die über elektromagnetische Felder in den verschiedenen Resonatoren (Kavitäten) der Strahlungsquelle ELBE auf den Elektronenstrahl übertragen wird  oder ihn beeinflusst (Buncher-Resonatoren).

Die einzelnen Baugruppen sind im Blockschaltbild dargestellt.

    ELBE-HF dt.

Grundfrequenzerzeugung

Zum Betrieb des Beschleunigers werden aus der hochstabilen 13 MHz Grundfrequenz (diese entspricht der Schwingfrequenz des ELBE- Freie Elektronen Lasers (FEL) mittels Phasenrasteroszillatoren (PLL) die Frequenzen 260 MHz und 1300 MHz generiert. Die Frequenz 1300 MHz ist die Betriebsfrequenz der supraleitenden TESLA-Kavitäten. Der erste Buncher - Resonator im Injektor wird auf der fünften Subharmonischen der Beschleunigerfrequenz (260 MHz) betrieben.

Die Grundfrequenz von 13 MHz wird für die Synchronisation weiterer Oszillatoren in verschiedenen Anlagenteilen benötigt und dorthin über phasenstabile Lichtwellenleiter (LWL) übertragen

Injektor

Die Strahlungsquelle ELBE hat zwei alternative Injektoren.

  1. Gepulster Injektor mit thermischer Elektronenquelle. Er besteht aus der elektronisch  gepulsten thermischen Elektronenquelle (GUN) und den beiden normalleitenden Buncher-Resonatoren (260 MHz und 1,3 GHz). Die GUN befindet sich auf Hochspannungspotential mit einer Terminalspannung von –250 kV. Die Gitterspannung dieser, wie eine Röhrentriode aufgebauten GUN,  wird entsprechend des gewünschten Betriebsregimes gepulst. Die mit einer Pulslänge von 500 ps aus dem Injektor austretenden Elektronenbündel werden mit den Bunchern (LINK) auf etwa 10 ps komprimiert, bevor sie die erste Kavität des Beschleunigermoduls 1 erreichen.
  2. Supraleitende HF-Photoquelle

Buncher

Die 500 ps-langen Elektronenbündel, die aus der GUN mit einer Energie von 250 keV extrahiert werden, erfahren durch die Energiemodulation in beiden Buncher-Resonatoren und die nachfolgeneden Driftstrecken eine Verkürzung bis auf etwa 10 ps. Zur Anregung der jeweiligen elektromagnetischen Felder in den Buncher-Resonatoren werden Hochfrequenzleistungen von maximal 1kW (260 MHz) und 200 W (1300 MHz) mit Transistorverstärkern bereitgestellt .

 

Kryomodule

Jeder Kryomodul enthält zwei neunzellige supraleitende TESLA - Kavitäten (Entwicklung: DESY Hamburg). In jeder Kavität kann eine Hochfrequenzleistung bis zu etwa 16 kW auf den Elektronenstrahl übertragen werden. Diese HF-Leistung bei einer Frequenz von 1300 MHz  wird für jede Kavität durch zwei parallel geschaltete 10 kW Transistorverstärker (Hersteller: Bruker BioSpin, Wissembourg/Frankreich) bereitgestellt. Alle HF-Module sind redundant aufgebaut und austauschbar. Dies betrifft auch die zur Ansteuerung der Leistungsverstärker eingesetzten Transistorverstärker als auch die zur Stabilisierung der Amplitude und Phase im HZDR (Abt. Forschungstechnik) entwickelten Baugruppen.