Aufbau und Inbetriebnahme einer Quelle polarisierter Elektronen am supraleitenden Darmstädter Elektronenlinearbeschleuniger S-DALINAC

Aufbau und Inbetriebnahme einer Quelle polarisierter Elektronen am supraleitenden Darmstädter Elektronenlinearbeschleuniger S-DALINAC

Setup and commisionning of the polarized electron source at the superconducting Darmstadt electron linear accelerator S-DALINAC

PhD thesis

Teststand SPIN
Teststand SPIN

Ziel der vorliegenden Arbeit waren Aufbau, Inbetriebnahme und Test einer Quelle spinpolarisierter Elektronen am supraleitenden Darmstädter Elektronenlinear-Beschleuniger S-DALINAC. Die polarisierten Elektronen werden durch Photoemission aus einer GaAs-Photokathode erzeugt. Dafür stehen ein Titan-Saphir-Lasersystem und ein Diodenlaser zur Verfügung. Diese Systeme ermöglichen einen gepulsten Elektronenstrahl mit einer Repetitionsrate von 3 GHz. Um eine lange Kathodenlebensdauer erreichen zu können, werden Ultrahochvakuum-Bedingungen bei Präparation und Betrieb am Ort der Kathode benötigt. Diese wurden nach der Implementierung so optimiert, dass die Vakuumlebensdauer der Kathode zz. im Bereich von (1164 ± 165) Stunden liegt. Die neue Elektronenquelle ergänzt die bestehende thermionische Elektronenkanone und erlaubt einen abwechselnden Betrieb der beiden. Ferner beschäftigte sich diese Arbeit mit dem Aufbau und der Optimierung der Strahlführung des normalleitenden Teils des Injektors. Diese Strahlführung präpariert den 250-keV Elektronenstrahl aus der thermionischen Quelle für eine weitere Beschleunigung im supraleitenden Teils des Beschleunigers und ermöglicht die komplette Charakterisierung des 100-keV-Elektronenstrahls aus der Quelle für spinpolarisierte Elektronen. Dafür wurden mehrere Diagnose- und Fokussier-Elemente, einWienfilter, um die Spinorientirung verändern zu können, sowie ein Mott-Polarimeter für die Polarisationsanalyse entwickelt und eingebaut. Ein Chopper-Buncher-System für die Erzeugung eines Elektronenstrahls mit der Repetitionsrate von 3 GHz wurde im Betrieb erprobt. Die notwendigen kurzen Pulse aus einem kontinuierlichen Strahl aus der thermionischen Quelle wurden erzeugt und konnten im Injektorlinac bis zum Niederenergiemessplatz beschleunigt werden. Bei Verwendung eines Kurzpuls-Titan-Saphir-Lasersystem wird bereits beim Emissionsprozess ein gepulster Elektronenstrahl erzeugt. Elektronenpulslängen von ≤ 5 ps aus einer Superlattice-Photokathode konnten nachgewiesen werden. Nach der Optimierung des Präparationsprozesses konnte eine Quantenausbeute von 2 µA/mW bei einer aus der Photokathode extrahierte Ladung von (9.6±0.7) C für den Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 780 nm und 12 µA/mW mit dem Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 415 nm gemessen werden.