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Im linken drittel des Bildes befindet sich ein Dreieck mit blauer Füllung. Davor der Schriftzug DELTA in dreidimensionalen Buchstaben. Das Dreieck wird von einem dünnen schwarzen Ring umkreist. Rechts daneben befindet sich der Schriftzug "Zentrum für Synchrotronstrahlung"
In der Mitte des Bildes sind die Magnete des Undulator U250 in ihrer lila Halterung zu sehen. Im Hintergrund sieht man die Betonmauer und im Vordergrund eine Kabelpritsche. © André Althaus​/​TU Dortmund

Weltweit erstmalig EEHG an einem Speicherring

EEHG (echo-enabled harmonic generation) ist ein Verfahren, das 2009 vorgeschlagen wurde [1]. Mit zwei Laserpulsen werden Elektronenpakete in Beschleunigeranlagen so manipuliert, dass ultrakurze Synchrotronstrahlungspulse bei kurzer Wellenlängen entstehen.

EEHG wurde bereits an Linearbeschleunigern demonstriert, z.B. bei FERMI in Italien [2]. Das Verfahren wurde auch für Speicherringe vorgeschlagen, insbesondere für BESSY/Deutschland [3], DELTA/Deutschland [4], HLS/China [5], NSLS-II/USA [6] und SOLEIL/Frankreich[7], aber erst jetzt verwirklicht. Im Sommer 2022 wurde der aus abwechsend gepolten Elektromagneten bestehende Undulator U250 bei DELTA so umgebaut, dass die EEHG-Struktur entsteht:

Modulator-Schikane-Modulator-Schikane-Radiator.

Ein Modulator ist ein Undulator, in dem Laserpulse die Elektronenenergie verändern. Eine Schikane ist eine Anordnung von Magneten, um die Elektronen entsprechend ihrer Energie umzuverteilen. Der Radiator ist ein Undulator, in dem Synchrotronlicht abgestrahlt wird.

Der Umbau des Undulators U250 erforderte ca. 200 neue Kabel. Er wird nun von 14 verschiedenen Netzgeräten angesteuert. Mit 72 Kupferstangen auf drei Schaltbrettern (im Foto unten) kann der U250 in kurzer Zeit wieder auf einen normalen Undulator zurückgebaut werden.

In ersten Experimenten ab September 2022 wurde die synchrone Wechselwirkung mit zwei Laserpulsen demonstriert [8]. Während die normalen Synchrotronlichtblitze 100 Pikosekunden lang sind, ist die Dauer der Laserpulse nur 50 Femtosekunden, also 2000-mal kürzer. Dies ist auch die Länge der mit EEHG erzeugten Strahlungspulse.

Undulator U250, bestehend aus zahlreichen Elektromagneten im Kupferspulen und schwarzen Anschlüssen für Kühlwasser.
Neuverkabelter Undulator U250
Diagramm des Magnetfelds als Funktion der Position entlang des Undulators. Man erkennt fünf Bereiche mit unterschiedlicher Feldverteilung.
Magnetfeld entlang des Undulators U250
  1. G. Stupakov, Physical Review Letters 102, 074801 (2009).
  2. P. Rebernik Ribič et al., Nature Photonics 13, 555 (2019).
  3. J.-G. Hwang et al., Scientific Reports 10, 10093 (2020).
  4. S. Khan et al., Synchrotron Radiation News 24:5, 18 (2011).
  5. H. Li et al., Proceedings of IPAC’13, Shanghai, China, 1208 (2013).
  6. X. Yang et al., Scientific Reports 12, 9437 (2022).
  7. C. Evain et al., New Journal of Physics 14, 023003 (2012).
  8. S. Khan et al., Proceedings of IPAC'23, Venice, Italy, 1039 (2023).

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