Injektor

Thermionischer Injektor

Der thermionische Injektor ist der Standardinjektor für den Nutzerstrahlbetrieb an ELBE. Er erzeugt einen gepulsten Eletronenstrahl für den supraleitenden Hauptbeschleuniger. Der vom Injektor gelieferte Elektronenstrahl besitzt eine Energie von 235 keV, eine Bunchladung von bis zu 100 pC und einen mittleren Eletronenstrom von bis zu 1.6 mA. Die Pulswiederholfrequenz kann wahlweise zwischen 26 MHz und 101.6 kHz betragen. Für den FEL-Betrieb beträgt die standardmäßige Wiederholfrequenz 13 MHz. Der Strahl kann mit einer Makropulsung beaufschlagt werden. Am Eingang der ersten supraleitenden Cavity (dem Ausgang des Injektors) beträgt die transversale Emittanz ca. 20  mm mrad und die longitudinale Emittanz ca. 100 keV ps bei maximaler Bunchladung. 

Der Injektor besitzt eine Elektronenquelle mit DC-Hochspannung, mit einer Glühkathode und Steuergitter auf Hochspannungspotential, einer Anode auf Erdpotential und einem elektrostatischen Beschleunigungspotential von -235 kV. Der aus der Kathode emittierte Elektronenstrom wird mit der Gitterspannung moduliert, um Elektronenpulse mit einer Länge von ca. 500 ps zu bilden. Diese Elektronenbunche gelangen in den subharmonischen Buncher, der bei einer Frequenz von 260 MHz arbeitet (einem 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 und Ablenkspulen erlauben die Erzeugung von Elektronenpulszügen mit Längen zwischen 0.1 ms und 35 ms bei einer Wiederholrate von maximal 25 Hz. Diagnoseelemente dienen der Vermessung des Strahls 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 im HF-Feld ermöglicht es, Elektronenpulse mit hoher Ladung und kleiner Emittanz zu erzeugen.