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TITELBLATT

LehrstuhlLehrstuhlfürfürBeschleuniger-Beschleuniger-physikphysik

13. Juni 2003

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Lehrstuhl für BeschleunigerphysikLehrstuhl für Beschleunigerphysik

Prof. Dr. Klaus Wille

Prof. Dr. Thomas Weis

• Entwicklung von Beschleunigernspeziell für Synchrotronstrahlung

• Entwicklung von Komponenten undMonitoren für Beschleuniger

• Entwicklung und Einsatz von Softwarezur Steuerung von Beschleunigern

• Studium der linearen und nichtlinearen Teilchendynamik• Studium und Bekämpfung von Strahlinstabilitäten• Entwicklung von Strahlungsquellen für Synchrotronstrahlung• Entwicklung von Free Electron Lasern (FEL)

Und: Betrieb und Weiterentwicklung der Beschleunigeranlage DELTA

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Mitglieder des Lehrstuhls für Beschleunigerphysik

Professoren: T. Weis, K. Wille

Wissensch. Mitarbeiter: U. Berges, J. Friedl, P. Hartmann,

D. Schirmer, G. Schmidt

Doktoranden: A. Gasper, M. Grewe, R. Heine,

E. Kasel, H. Huck, S. Strecker,

Diplomanden: G. But, N. Zebralla

Professoren: T. Weis, K. Wille

Wissensch. Mitarbeiter: U. Berges, J. Friedl, P. Hartmann,

D. Schirmer, G. Schmidt

Doktoranden: A. Gasper, M. Grewe, R. Heine,

E. Kasel, H. Huck, S. Strecker,

Diplomanden: G. But, N. Zebralla

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VorlesungenVorlesungen und Lehrveranstaltungen und Lehrveranstaltungen

K. Wille: „Einführung in die Beschleunigerphysik“

„Elektronik“

Th. Weis: „Kollektive Effekte intensiver Teilchenstrahlen“

Seminar (zusammen mit E 1)

Praktika

geplante Vorlesung: „Beschleuniger in der Medizin“

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Magnet

Elektronen-bahn

Synchrotronstrahlung 2

4

4200

2

6 RE

cm

cePs

Die abgestrahlte Leistung ist

Beschleunigte Ladungen emittieren elektromagnetische Strahlung Beschleunigte Ladungen emittieren elektromagnetische Strahlung

Das gilt auch für relativistischeElektronen beim Durchlaufeneines Magnetfeldes

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105104 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023

Hz][vFrequenz

104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14

m][

700 600 500 400nm

sichtbaresLicht

Mittel-& Kurz-

welle

Lic

ht

Lang-welle

UKWund

Fernsehen Rad

ar Mikro-wellen

Infrarot-strahlung

Ultra-violett-

strahlungRöntgen-strahlung

Gamma-strahlung

Synchrotronstrahlung

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v = 0.9 c

Durch die relativistischen Geschwindigkeit der Elektronen wird die Strahlung scharf nach vorn gebündelt.

v = 0.3 c

bei DELTA:

v = 0,999999949 c

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Ablenkmagnet

Elektronenstrahl Strahlungsfächer

Elektronenstrahl

Probe

Strahlung aus einemStrahlung aus einemAblenkmagnetenAblenkmagneten

Der sichtbare Teil derSynchrotronstrahlung

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Undulatorperiode

Elektronenstrahl

Magnetpole

Prinzip eines WigglersPrinzip eines Wigglersbzw. Undulatormagnetenbzw. Undulatormagneten

Der Elektronenstrahl wird nur sehr schwachabgelenkt. Daher gibt es keinen Strahlungs-fächer, sondern alle Strahlung wird in eineRichtung emittiert, was ihre Intensitätextrem verstärkt.

Undulatorstrahlung

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Undulator aus Permanentmagneten

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SupraleitenderWigglermagnet

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Die Beschleunigeranlagen von DELTADie Beschleunigeranlagen von DELTA

BoDo

Linac

DELTA

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Blick in die Beschleunigerhalle

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Beschleunigerstruktur

Elektronen-„Gun“

Blick auf den Linearbeschleuniger

Energie:Energie:

Emax = 75MeV

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Der Speicherring DELTADer Speicherring DELTA

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Teil der Magnetstruktur des Speicherrings

Fokussierungsmagnete„Quadrupole“

Ablenkmagnete

EinQuadru-

polwirkt

ähnlichwie eine

Linse

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LeistungssenderPmax = 65 kW

Steuer-schrank

Zirkulator

Absorber

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Kontrollraum der SpeicherringanlageKontrollraum der Speicherringanlage

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Rechnersteuerung der BeschleunigeranlageRechnersteuerung der Beschleunigeranlage

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Aktuelle Themen für Diplom- und DoktorarbeitenAktuelle Themen für Diplom- und Doktorarbeiten

Allgemeines zu Diplomarbeiten:

• Themen aus aktuellen Fragestellungen oder zukünftigen Projekten

• Untersuchung der grundlegenden physikalischen Effekte oder Prinziptest neuer technischer Komponenten

• Betreuung der Arbeit durch den verantwortlichen Hochschullehrer und einen der wissenschaftlichen Mitarbeiter

• Bei experimentellen Arbeiten Einweisung in die Sicherheitsregeln (Hochspannung, Strahlenschutz usw.)

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Entwicklung von Geräten zur Messung von Strahl-Entwicklung von Geräten zur Messung von Strahl-parametern („Monitore“)parametern („Monitore“)

Beispiel:

der Beam Position Monitor

Wissenschaftliche Probleme:

• Orbitkorrektur

• schnelle BPM-Elektronik

• „Modelling“ der Maschine

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x

x‘

• Messung der Strahl-Emittanz

• Phasenraumthomographie

• Instabilitäten

Digital Signal Processor

Feedbacksysteme

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Entwicklung von schnellen gepulsten MagnetenEntwicklung von schnellen gepulsten Magneten

„Slotted Pipe Kicker“

• Schnelles Timing (500 MHz Elektronik)

• Neues Konzept für schnelle Hochleistungspulser ( I > 3000 A, Pulsdauern < 1 µs )

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Prinzip des FEL-OszillatorsPrinzip des FEL-Oszillators

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Das DELTA-FEL-Projekt FELICITA IDas DELTA-FEL-Projekt FELICITA I

Erstes Lasingam 28.1.1999bei = 470 nm

später beibei = 420 nm

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exponentielles Anwachsender Lichtintensität beimEinsatz des Lasens

exponentielles Anwachsender Lichtintensität beimEinsatz des Lasens

Erster erfolgreicher Test von „FELICITA I am 28. Januar 1999

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reales Spektummit E/E 0

Energiemessung (optisches Klystron)Energiemessung (optisches Klystron)

ideales Spektummit E/E = 0

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Strahlrohr für Infrarot-StrahlungStrahlrohr für Infrarot-Strahlung

Strahl

Ablenkmagnet

Spiegel

Spiegel

Spiegel rein

Spiegel raus

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interessante Aufgaben für Lehramtskandidaten:interessante Aufgaben für Lehramtskandidaten:

Darstellung von Teilchenbeschleunigern, ihrer Physik und ihrer Anwendung in der Forschung

Geschichte der Beschleunigeranlage DELTA (Physikalisches Konzept und Realisation)

Ausarbeitung von Einführungsvorträgen über Beschleuniger, Synchrotronstrahlung und ihre Anwendung (mit Einsatz elektronischer Medien)

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ENDEENDE