BESSY II stellt auf Halbleiter-Hochfrequenzsender um
Der neue Halbleitersender: die Netzteilsektion befindet sich im linken Schrank (schwarz) und die drei HF-Einheiten stecken hinter den hellgrauen Schranktüren. Im rechten Rack ist die Steuerung untergebracht. © HZB
BESSY II besitzt vier Kavitäten, die mit einem elektromagnetischen Wechselfeld hoher Leistung angeregt werden, um die Energieverluste des Elektronenstrahls auszugleichen. Bislang sorgten so genannte Klystron-Röhrensender für die Anregung der Kavitäten mit möglichst sauberen 500 Megahertz. Doch inzwischen gibt es kaum noch Ersatzteile für solche Röhrensender. Ein HZB-Team hat daher den Shutdown genutzt, um zwei Klystron-Röhrensender durch moderne Halbleiter-Sender auszutauschen. Die restlichen Klystron-Röhrensender sollen bis Ende des Jahres ausgetauscht werden.
„Diese Technik ist zuerst am Synchrotron SOLEIL, Frankreich, entwickelt und eingesetzt worden. SOLEIL arbeitet jedoch mit Anregungsfrequenzen von 350 Megahertz. Wir dagegen arbeiten wie die meisten Synchrotronlichtquellen mit Frequenzen von 500 Megahertz. Dafür mussten wir das Konzept neu entwickeln. Die Entwicklung und Fertigung der Senderendstufen wurden von einer deutschen Firma (Cryoelectra) übernommen. Wir sind jetzt die erste Photonenquelle, die mit dieser Technik bei 500 Megahertz eine Anregungsleistung von 75 Kilowatt pro Sender erreicht“, erklärt Dr. Wolfgang Anders vom Institut SRF - Wissenschaft und Technologie.
Während die Klystron-Röhrensender Versorgungspannungen von 26 Kilovolt erforderten, arbeiten die Halbleitersender bei nur 50 Volt, benötigen aber höhere Stromstärken. Ein großer Vorteil ist die Energieeinsparung: Denn die Klystron-Röhrensender ziehen stets volle Leistung aus dem Netz, die Halbleiter-Sender regeln dies dagegen bedarfsgerecht und entnehmen dem Stromanschluss nur so viel Leistung wie der Elektronenstrahl abfordert, um Energieverluste auszugleichen. Außerdem haben die neuen Sender ein deutlich reduziertes Rauschen: die Kavität wird viel sauberer angeregt, was wiederum die Strahlqualität verbessert.
„Mein Team arbeitet seit drei Jahren daran, die neue Technik an BESSY II zu implementieren. Allein ein Jahr hat die umfangreiche Programmierung der Kontrollsystemanbindung und Signalverarbeitung der Solid-State Amplifier durch einen neu eingestellten Ingenieur gedauert. Nun besitzen wir eine sehr robuste Lösung, die vermutlich auch für andere Synchrotronlichtquellen interessant ist“, sagt Wolfgang Anders.
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.
- Umweltchemie an BESSY II: Radikale in GewässernWie entstehen in wässrigen Lösungen unter UV-Licht so genannte Radikale? Diese Frage spielt sowohl für die Gesundheitsforschung als auch für den Umweltschutz eine wichtige Rolle, beispielsweise im Zusammenhang mit der Überdüngung von Gewässern durch die Landwirtschaft. Ein Team hat nun an BESSY II eine neue Methode etabliert, um Hydroxyl-Radikale in Lösung zu untersuchen. Mit einem Trick konnten sie überraschende Einblicke in den Reaktionspfad gewinnen.