Strahlungsquelle ELBE

Die Strahlungsquelle ELBE wurde am 11. September 2001 offiziell in Betrieb genommen. An ihr lassen sich die Sekundärstrahlungsarten

  • kohärente Infrarotstrahlung (Wellenlänge: 4 - 200 µm)
  • quasi-monochromatische Röntgenstrahlung (Energie: 10 - 100 keV)
  • (polarisierte) MeV-Bremsstrahlung
  • gepulste Neutronenstrahlen (ab Ende 2007)
  • gepulste monoenergetische Positronen (Energie: 1 - 30 keV) (ab 2008)

erzeugen. Der Nutzerbetrieb an den einzelnen Experimentierplätzen begann schrittweise

  • 2002: Bremsstrahlung (Kernphysik)
  • 2003: Channelingstrahlung
  • 2004: Infrarot-Strahlung am Freie-Elektronen-Laser U-27 (Wellenlänge: 4-22 µm)
  • 2006: Infrarot-Strahlung am Freie-Elektronen-Laser U-100 (Wellenlänge: 20-200 µm)
  • 2007: Infrarot-Strahlung im Hochfeld-Magnetlabor Dresden

In den Jahren 2007 bis 2010 wird die Strahlungsquelle ELBE um ein Hochleistungslaserlabor erweitert, das neue Möglichkeiten bei der Erzeugung gepulster Röntgenstrahlung sowie neuer Kurzpuls-Teilchenstrahlung (Elektronen, Ionen) eröffnen wird.

In Deutschland befinden sich vergleichbare Anlagen zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung am Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Hamburg und an der Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung (BESSY), es gibt jedoch keine Überlappung hinsichtlich der wichtigsten Strahlparameter wie Wellenlängenbereich, Intensitäten und der Zeitstruktur der Sekundärstrahlung. Für die zukünftige gepulste Neutronenquelle bzw. die gepulste und monoenergetische Positronenquelle gibt es in Deutschland ebenfalls keine vergleichbare Alternative.

Wesentliche Ergebnisse:

Die Strahlungsquelle ELBE stellt selbst eine herausragende wissenschaftliche und ingenieurtechnische Leistung dar. An ihr wurde die 1,3 GHz TESLA-Technologie erstmalig im cw-Mode und bei hohen Strömen (Dauerstrich, ungepulst) angewendet. Eine Reihe damit im Zusammenhang stehender Probleme, wie die hohe Leistungsdichte im HF-Koppler, sehr hohe Anforderungen an das Helium-Kühlsystem und der technische Umgang mit Strahlleistungen von mehreren 10 kW wurden erfolgreich gelöst. Dafür wurden im FZD eigene Lösungen entwickelt, die gegenwärtig an mehreren Stellen in der Welt nachgenutzt werden (W.W. Hansen Experimental Physics Laboratory Stanford, USA; Daresbury, Großbritannien) und in die Planung zukünftiger Anlagen einfließen (z. B. Universität Peking, China). Damit hat sich ELBE als Standardlösung für kompakte Hochstrombeschleuniger im Energiebereich bis 50 MeV etabliert.

Eine für die Beschleunigertechnik sehr wichtige Entwicklung wird mit der Rossendorfer supraleitenden Hochfrequenzquelle verfolgt. Sie wird es erstmalig erlauben, die Vorteile der supraleitenden Beschleunigertechnologie (hohe mittlere Strahlleistung) mit denen photoinduzierter Elektronenquellen (niedrige Strahlemittanz) zu verbinden. Neben dem ab Ende 2007 geplanten Einsatz an ELBE zur Verbesserung der Strahlqualität und damit der Effizienz der Sekundärstrahlungserzeugung werden die Ergebnisse an dieser Quelle einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von Hochstrommaschinen wie Energy Recovering Linacs leisten. Daher ist die internationale Beschleunigerwelt außerordentlich an diesen Resultaten interessiert.

Als Nutzeranlage stellt ELBE aufgrund der Eigenschaften der verfügbaren Strahlungsarten ein hervorragendes und vielseitig nutzbares Forschungsinstrument für das FZD und externe Gruppen dar. Dies spiegelt sich z. B. im Aufbau und Betrieb des Neutronenlabors durch die TU Dresden und des Positronenlabors durch die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg wider. Vor allem aber wird, gefördert von der Europäischen Union im Rahmen der Integrated Infrastructure Initiative “Integrating Activity on Synchrotron and Free Electron Laser Science” (03/2004-02/2009), die Infrarot-Strahlung von Dritten für eigenständige Experimente genutzt.