Arbeitsgebiete

Femto-Science Factory (FSF)

Die Maschinen-Parameter von FSF richten sich nach den Anforderungen der Nutzer. Die auf dem Multi-Turn ERL Konzept beruhenden Alleinstellungsmerkmale sind:

  • Hohe Spitzenbrillianz des Strahls. Diese resultiert aus der niedrigen Emittanz des Elektronenstrahls (beibehalten und adiabatisch gedämpft während der Beschleunigung). Sowohl transversale als auch longitudinale Emittanz, die durch brillanzstarke Elektronenkanonen erreicht wird, übersteigt die Gleichgewichtemittanzen von Speicherringen der dritten Generation um eine Größenordnung.
  • Hohe zeitliche Auflösung. Geringe longitudinale Emittanz erlaubt kurze Strahlungspulse bis in den Zehner-fs-Bereich. Neben der hohen Spitzenbrillanz ist es auch vorteilhaft für zeit-aufgelöste Experimente.
  • Hohe transversale Kohärenz. Wenn die transversale Emittanz des Elektronenstrahls  λ/4π unterschreitet, kann die Strahlung transversal kohärent sein. Für Speicherringe ist dieses Kriterium nicht erreichbar.
  • Mehrere Strahlenergien gleichzeitig an einer Anlage. Das erhöht die Flexibilität und erweitert die Bandbreite an Anwendungsmöglichkeiten für die Nutzer, was die Gesamtbetriebskosten senkt.
  • Mehr-Nutzer-Einrichtung. Vergleichbar mit modernen Speicherringen.

Die obige Skizze zeigt das Grundprinzip der FSF Lichtquelle. Ein Injektor, basierend auf supraleitender Hochfrequenz (Superconducting Radio Frequency SRF) Technik, dient als kontinuierliche Quelle eines hochbrillanten Elektronenstrahls. Die Elektronpakete gelangen vom Injektor zu einem Vorbeschleuniger und werden von 10MeV auf 240Mev beschleunigt. Der grünen Bahn folgend durchlaufen die Pakete einen 180° Bogen und gelangen in den ersten von zwei langen SRF Linearbeschleunigern. Bei jedem Umlauf auf separaten Kurvenbahnen erfolgt auf den gegenüberliegenden Geraden eine Beschleunigung von je 960 MeV bis nach 3 Umläufen eine Endenergie von 6 GeV erreicht wird. Die Bögen beinhalten Undulatoren, die Photonenstrahlung für Forschung generieren. Der letzte große Bogen transportiert die Elektronen zu einem langen Undulator-Bereich um hochbrillante Photonen zu erzeugen.Die folgende Tabelle fasst die Zielparameter der FSF Lichtquelle zusammen. Nach dem langen Undulator-Bereich wird der durch drei weitere Umläufe durch die Beschleuniger wieder abgebremst und zum Beam dump geleitet. Beim Abbremsen wird die Energie zurückgewonnen und benutzt um ein neues Elektronpaket um eine halbe Periode phasenverschoben zu beschleunigen.

ParametersHigh brilliance modeShort pulse mode
Energy,  E (GeV)66
Charge, Q (pC)154
Emittance, εxn    (µm)0.1~ 0.5
Pulse length, Δt  (fs)< 2000~ 10
<B>, ph/s/mm2/mrad2/0.1% 8·10224·1021
Bpeak, ph/s/mm2/mrad2/0.1% 10261026

Die wichtigsten Parameter der FSF Einrichtung sind Spitzen- und Durchschnittsbrillanz des Photonenstrahls. Die entscheidenden Elektronstrahleigenschaften sind transversale Emittanz, Pulslänge und Energieverteilung in den Undulatoren.

Das obige Diagramm zeigt die erwartete durchschnittliche Brillanz von FSF. Die Werte liegen in einem bisher nicht abgedeckten Bereich zwischen Lichtquellen der dritten Generation und den neuen Freie-Elektronen-Laser Anlagen (FEL). Dieser Bereich mit hoher Brillanz bei Angstrom Wellenlängen ist für Anlagen mit hoher Wiederholungsrate nur mittels ERL basierten Lichtquellen erreichbar.

Für weitere Informationen über die FSF Design Studie zögern sie nicht, das Simulationsteam zu kontaktieren.