24.08.2012

Grünes Licht für deutsch-russische Zusammenarbeit: Bundesforschungsministerium fördert die Forschung an Photokathoden zur Erzeugung hochbrillanter Elektronenstrahlen

Die Projektpartner beim ersten Planungstreffen.

Ein Photokathoden-Elektroneninjektor ist eine zentrale Komponente für neuartige Lichtquellen –zum Beispiel von Linearbeschleunigern mit Energierückgewinnung oder von Freien-Elektronen- Lasern.

Aus Photokathoden werden Elektronen herausgelöst, die anschließend beschleunigt werden. Für den erfolgreichen Betrieb solcher neuartigen Quellen sind Photokathoden mit verlässlicher, gleichmäßiger  und langlebig hoher Quanteneffizienz unerlässlich. Ein weiteres, wichtiges Kriterium: die Photokathoden müssen eine möglichst geringe thermische Emittanz  und einen geringen Dunkelstrom aufweisen.

Deutsche und russische Wissenschaftler werden nun gemeinsam erforschen, wie sich diese hohen Anforderungen erfüllen und Photokathoden für neuartige Lichtquellen weiterentwickeln lassen. In dem Projekt soll detailliert untersucht und verstanden werden, wie der Präparationsprozess der Photokathoden die erreichbaren Elektronenstrahlparameter beeinflusst. Das Bundesforschungsministerium hat für das gemeinsame Projekt insgesamt 1.2 Millionen Euro bewilligt, davon fließen 400.000 Euro an das HZB. Das Kick-off-Meeting findet am 26. Oktober statt.

Durch die einzigartige  Zusammenarbeit von Spezialisten aus unterschiedlichen Gebieten  (so zum Beispiel  aus der Halbleiterphysik, der Oberflächenphysik und der Beschleunigerphysik) entsteht ein großes Potenzial für die Weiterentwicklung von Kathoden. Die Wissenschaftler wollen diese neuen Kathodenmaterialien dann auch in verschiedenen Elektroneninjektoren testen. Das breit angelegte Projekt bietet Forschern die Möglichkeit, internationale und interdisziplinäre Spitzenforschung zu betreiben und gleichzeitig junge Wissenschaftler und Studenten auszubilden.

Das Projekt läuft für drei Jahre. Unter der Federführung des HZB kooperieren fünf Forschungseinrichtungen im Rahmen des Projekts. Partner sind auf deutscher Seite die Johannes-Gutenberg Universität Mainz, das Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf und auf russischer Seite die staatliche Polytechnische Universität St. Petersburg und das „Skobeltsyn Institut für Nuklearphysik“ an der staatlichen Lomonosow Universität Moskau.

Heinrich Hertz beobachte 1887, dass Elektroden Elektronen abgeben, wenn sie mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden. Für die mathematische Beschreibung des Photoeffekts bekam Albert Einstein 1921 den Physiknobelpreis verliehen. Bis heute suchen Forscher noch detailliertere Antworten auf die Frage, wie sich die Elektronen genau aus der Bindung herauslösen können. Gelingt es Forschern, diesen Effekt besser zu verstehen, wäre dies die theoretische Basis, mit der sich die Strahleigenschaften der nächsten Generation von Photokathoden voraussagen ließen.

Thorsten Kamps