Neues von PITZ. Inhalt 1. Ergebnisse von PITZ Aktuelle Umbauaktivitäten 3. Die Zukunft von PITZ

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1 Neues von PITZ Inhalt 1. Ergebnisse von PITZ Aktuelle Umbauaktivitäten 3. Die Zukunft von PITZ - Mit Folien von F.Stephan, M.Krasilnikov, M.Sachwitz - Anne Oppelt Technisches Seminar

2 Umbau 2010: PITZ1.8 Anne Oppelt Technisches Seminar

3 Umbau 2010: PITZ1.8 neue Gun mit 10 MW-Richtkoppler verbesserte RF-Regelung / Phasenstabilität CDS-Booster höhere Strahlenergie, bessere Emittanz Tomographiemodul alternative Phasenraumvermessung Anne Oppelt Technisches Seminar

4 Phasenstabilität Verbesserung der Phasenstabilität durch RF-Regelung auf die Signale des neuen 10 MW-Richtkopplers (nahe der Gun, im Vakuum) anstelle der zwei 5 MW-Richtkoppler (vor T-Combiner, in SF6) 10-MW klystron T-combiner forward1 reflected1 reflected2 forward2 Gun (E 0,φ) Anne Oppelt Technisches Seminar

5 Phasenstabilität 2009 (kein FB) Rekonstruierte FPGA-Phase basierend auf den Signalen von zwei 5 MW-Richtkopplern 2010/11 (FB on) Gemessene FPGA-Phase vom 10 MW-Richtkoppler [μs] [μs] Phasenänderung ~5 deg / 40 μs Phasenfluktuationen: deg (peak-peak) 2-4 deg (rms) Phase bleibt flach über den gesamten Elektronenpulszug Phasenfluktuationen: deg (peak-peak) deg (rms) Anne Oppelt Technisches Seminar

6 Emittanzmessung Messung mit Schlitztechnik (EMSY): - Strahlgröße auf Schirm an der Position der Schlitze - Strahldivergenz durch Beobachtung der Beamlets nach Driftstrecke auf Analyseschirm Schlitzmaske Skalierte 100%-Emittanz: 2.64 m ε σ x 2 2 n = βγ x x xx 2 x 2 Analyseschirm EMSY1 (z = 5.74 m) Skalierungsfaktor ( >1 ) korrigiert unterschätzte Größe von Beamlets niedriger Intensität Anne Oppelt Technisches Seminar

7 Emittanzmessung 2009 [mit TESLA-Booster (<15 MeV) und schlechterer Phasenstabilität] XFEL: Slice-Emittanz am Undulator (1 nc) LCLS 1 nc XFEL kann mit 14 GeV betrieben werden und somit 33 M eingespart werden LCLS 0.25 nc Anne Oppelt Technisches Seminar

8 Emittanzmessung 2011 erhöhte Strahlenergie + besseres Laserprofil + signifikant bessere RF-Phasenstabilität Weitere Verbesserung der Messwerte von 2009! (Ergebnisse sind noch nicht veröffentlicht) Emittanz-Weltrekord bei verschiedenen Strahlladungen Dank an alle, die dies ermöglichten! Anne Oppelt Technisches Seminar

9 Phasenraum-Tomographie Tomographiemodul: Periodische Anordnung von Quadrupolmagneten und Leuchtschirmen zur Vermessung des Phasenraumes Anne Oppelt Technisches Seminar

10 Dunkelstrom vom Booster Problem: seit Okt erhöhte Strahlung am Thermo-Lumineszenz-Detektor (TLD) Nr. 9 (Rückwand PITZ) Ursache: Booster erzeugt Dunkelstrom; bei Betrieb des LEDA-Dipols kann dieser entgegen der normalen Strahlrichtung zur Tunneldecke gelangen Booster Dipol Deckel Gun Dunkelstrom (18 MeV) TLD Boden LEDA: Messung des Energiespektrums Elektronenstrahl (6 MeV) Anne Oppelt Technisches Seminar

11 Dunkelstrom vom Booster Auswertung TLD Nr. 9 (August 2010 Mai 2011) ca. 6 msv im Arbeitsjahr (bei 2000 Arbeitsstunden) ca. 3 μsv/h (gemittelt) Strahlenschutzverordnung: Bevölkerung: 1 msv/a zusätzlich zur natürlichen Strahlenbelastung Beruflich strahlenexponierte Personen (Kat.B): bis 6 msv/a Anne Oppelt Technisches Seminar

12 Dunkelstrom vom Booster PANDORA Z-45 (Reserve) wurde am 20. Mai 10:57:15 in Höhe der TLD Nr.9 installiert und 2 Schichten Schwerbeton gelegt. ~55 μsv/h* * Maximalwert (Dipol an) 23. Mai 13: Mai 10:08 1.Lage 2.Lage Schwerbeton ~10 μsv/h* ~4 μsv/h* Anne Oppelt Technisches Seminar

13 Dunkelstrom vom Booster 48cm 48cm TLD Nr. 9 PANDORA Z-45 Messung der maximalen Dosisleistungswerte (nsv/h) am So, 29.Mai 10:30 11:15 h an der Stirnseite von PITZ (mit 2 Lagen Schwerbetonsteinen) cm Anne Oppelt Technisches Seminar

14 Dunkelstrom vom Booster Messung der maximalen Dosisleistungswerte (nsv/h) am So, 29.Mai 10:30 11:15 h in und vor dem Laborgebäude Natürliche Strahlenbelastung KW ~70 nsv/h Freiburg/Br. ~190 nsv/h Anne Oppelt Technisches Seminar

15 Dunkelstrom vom Booster Mögliche Maßnahmen: Vermeidung der Strahlungsspitzen durch Abschirmung des Dunkelstroms Schwerbeton schütten (Hochbord, ca. 48 cm) Anbringen einer Bleiabschirmung im Tunnel (ca. 8 cm) oder Kombinationen davon Maximalwert (Dipol optimiert) ~4 μsv/h Schirm reingefahren Ventil geschlossen Test am :00 11:20 h ~720 nsv/h ~150 nsv/h Anne Oppelt Technisches Seminar

16 Umbau 2011: PITZ2 1. Austausch Gun-RF-System höhere Leistung vom Toshiba-Thompson-System 2. RF-Deflektor zeitaufgelöste Messungen (z.b. Bunchlänge) Anne Oppelt Technisches Seminar

17 Umbau 2011: PITZ2 beam dump 3. HEDA2 hochauflösende Messungen mit langen Pulszügen DISP3.Scr2 electron beam DISP3.Scr1 Anne Oppelt Technisches Seminar

18 Ausblick jetziger Shutdown bis Oktober 2011 Messprogramm mit PITZ2 bis Sommer 2012 Installation und Konditionierung XFEL-Gun Danach: neues Lasersystem: 3D-Laserpulse (Ellipsoide) für bessere Emittanz, weniger Halo, kürzere Bunchlänge Umbau von PITZ für die Erzeugung ultrakurzer Pulse (neuer Modus für XFEL), ggf. (Laser-)Plasmabeschleunigung Anne Oppelt Technisches Seminar

19 Ultrakurze Bunche 1. Ellipsoide Laserpulse Finanzierung durch BMBF, Realisierung Bunchkompressor 0m L-Band Gun 3m CDS Booster 4.7m Chicane QF QD 6.9m 7.35m von PITZ2 Anne Oppelt Technisches Seminar

20 Ultrakurze Bunche Longitudinaler Phasenraum und Strahlstrom nach Kompression 170 Momentum in z, [kev/c] Relative z position, μm Ladung Q = 1pC Strahlgröße σ x μm / Bunchlänge σ = = σ y = 4. 3μm t 3 fs Option für (Laser-) Plasmabeschleunigung Anne Oppelt Technisches Seminar

21 (Laser-) Plasmabeschleunigung Funktionsprinzip: 1. Wellenanregung durch einen extrem leistungsstarken Laser oder durch den Elektronenstrahl selbst 2. Elektroneninjektion Beschleunigung (von Teilen) des Elektronenstrahls extrem kurze Beschleuniger sind möglich Anne Oppelt Technisches Seminar

22 Zusammenfassung 1. PITZ hat sehr gute Ergebnisse erzielt, z.b. Weltrekord-Emittanzen produziert. 2. Endlich vollständig: Der Umbau zur Ausbaustufe PITZ2 hat begonnen und wird im Herbst 2011 realisiert sein. 3. Und es geht immer weiter: Neuartige und weltweit einmalige Beschleunigerexperimente können mit dem Photoinjektor-Teststand in Zeuthen durchgeführt werden! Anne Oppelt Technisches Seminar