Linearbeschleuniger - Flexibilität des Elektronenstrahls bei hoher Brillanz und Zeitauflösung

Um dynamische Vorgänge in der Materie untersuchen und darstellen zu können, braucht die Forschung in Zukunft Synchrotronlicht mit einer Strahlqualität (Brillanz) und Zeitauflösung, die um mehrere Größenordnungen besser sein muss, als das Licht heutiger Speicherringquellen: In einem Speicherring läuft der Elektronenstrahl über mehrere Stunden im Kreis und kommt dabei schnell in einen Gleichgewichtszustand. Dieser Gleichgewichtszustand bestimmt die fundamentalen Eigenschaften des Strahls – Pulslänge, Durchmesser, Öffnungswinkel und Energiebreite. Diese Eigenschaften sind durch die Auslegung des Beschleunigers bestimmt und können während des Strahlumlaufs nicht modifiziert werden.

Anders verhält es sich beim Linearbeschleuniger (Linac), der für die wissenschaftliche Nutzergemeinschaft das ideale Nachfolgeprinzip der Speicherringquellen ist: In einem Linac wird der Elektronenstrahl in einem Durchlauf beschleunigt und erhält dabei seine Endenergie. Er befindet sich also nicht in einem Gleichgewichtszustand wie im Speicherring mit den damit verbundenen fixen Strahleigenschaften. Vielmehr bestimmt die Elektronenquelle, die den Elektronenstrahl erzeugt, seine Qualität und seine Eigenschaften.

Der ausschlaggebende Vorteil des Linac ist jedoch: Sein Elektronenstrahl ist äußerst flexibel einstellbar. Durch geschickte Manipulation des Strahls in der Linacstrecke können seine Eigenschaften den Nutzeranforderungen entsprechend modifiziert werden. So lassen sich am Linac Lichtpulse erzeugen, die bis zu einem Faktor 1000 kürzer sind und eine um Größenordnungen höhere Brillanz haben als in Speicherringquellen. Auch die Wiederholfrequenz der Lichtpulse lässt sich sehr flexibel gestalten.