Themen: Beschleunigerphysik (172) BESSY II (263) HZB-Eigenforschung (92)

Science Highlight    07.12.2018

Meilenstein für bERLinPro: Photokathode mit hoher Quanteneffizienz

Photokathode im supraleitenden Photoinjektorsystem.
Copyright: J. Kühn/HZB

Das supraleitende Photoinjektorsystem (1): Die Photokathode (3) wird durch einen grünen Laser (2) angeregt und emittiert Elektronen (4), die in der supraleitenden RF-Kavität beschleunigt werden.
Copyright: Britta Mießen

Photokathode nach Herstellung im Präparationssystem.
Copyright: J. Kühn/HZB

Ein Team am HZB hat den Herstellungsprozess von Photokathoden optimiert, so dass diese nun hohe  Quanteneffizienz besitzen. Damit stehen geeignete Photokathoden zur Verfügung, um 2019 den ersten Elektronenstrahl in bERLinPro zu erzeugen. 

Am HZB entwickeln Teams aus der Beschleunigerphysik und SRF im Rahmen des Projekts bERLinPro einen supraleitenden Linearbeschleuniger mit Energierückgewinnung (Energy Recovery Linac). Darin wird ein intensiver Elektronenstrahl beschleunigt, der dann für unterschiedliche Anwendungen genutzt werden kann – wie die Erzeugung brillanter Synchrotronstrahlung. Nach dieser Nutzung werden die Elektronenpakete zum Linearbeschleuniger zurückgeleitet, wo sie nahezu ihre gesamte restliche Energie abgeben. Diese Energie steht damit wieder für die Beschleunigung neuer Elektronenpakete zur Verfügung.

Photokathode als Elektronenquelle

Ein wichtiger Bestandteil des Konzepts ist die Elektronenquelle. Die Elektronen werden durch Beleuchtung einer Photokathode mit einem grünen Laserstrahl erzeugt. Dabei gibt die sogenannte Quanteneffizienz an, wie viele Elektronen das Photokathoden-Material bei einer bestimmten Laserwellenlänge und Laserleistung emittiert. Besonders hohe Quanteneffizienz im sichtbaren Bereich haben bialkalische Antimonide. Allerdings sind diese Dünnfilme hochreaktiv und damit sehr empfindlich, sodass sie nur im Ultrahochvakuum funktionieren.

Herstellung optimiert

Nun hat ein HZB-Team um Martin Schmeißer, Dr. Julius Kühn, Dr. Sonal Mistry und Prof. Thorsten Kamps die Photokathode soweit entwickelt, dass sie für bERLinPro einsatzbereit ist. Sie optimierten dafür den Herstellungsprozess für Photokathoden aus Cäsium, Kalium und Antimon auf einem Molybdän-Substrat. Der neue Prozess liefert die gewünschte hohe Quanteneffizienz und Stabilität. Auch bei niedrigen Temperaturen degradieren die Photokathoden nicht, zeigten die Untersuchungen. Das ist eine zentrale Voraussetzung für den Betrieb in einer supraleitenden Elektronenquelle, wo die Kathode bei Temperaturen weit unter dem Nullpunkt betrieben werden muss.

Quanteneffizienz übertrifft Anforderungen

Mit ausführlichen Untersuchungen konnten die Physiker belegen: Auch nach dem Transport und Einschleusen in das Photokathoden-Transfer-System des SRF-Photoinjektors war die Quanteneffizienz der Photokathode noch ca. fünfmal höher als nötig, um den maximalen Strahlstrom [RA1] bei bERLinPro zu erreichen.

Meilenstein für bERLinPro

 „Ein wichtiger Meilenstein für bERLinPro ist damit erreicht. Wir haben nun die Photokathoden verfügbar, um in 2019 den ersten Elektronenstrahl aus unserem SRF Photoinjektor in bERLinPro zu erzeugen“, sagt Professor Dr. Andreas Jankowiak, der das HZB-Institut für Beschleunigerphysik leitet.

 

Publiziert in Physical Review Accelerators and Beams (2018): "Addressing challenges related to the operation of Cs-K-Sb photocathodes in SRF photoinjectors" ; M. A. H. Schmeisser, S. Mistry, H. Kirschner, S. Schubert, A. Jankowiak, T. Kamps, J. Kühn

doi:10.1103/PhysRevAccelBeams.21.113401

arö


           



Das könnte Sie auch interessieren
  • <p>Skizze einer Kohlenstoffstruktur mit Poren.</p>SCIENCE HIGHLIGHT      13.03.2019

    Röntgenanalyse von Kohlenstoff-Nanostrukturen hilft beim Materialdesign

    Nanostrukturen aus Kohlenstoff sind äußerst vielseitig: Sie können in Batterien und Superkondensatoren Ionen aufnehmen, Gase speichern oder Wasser entsalzen. Wie gut sie diese Aufgaben meistern, hängt von Größe und Form der Nanoporen ab. Über die Temperatur während der Synthese lassen sich die Nanoporen dabei stark verändern.  Bisher war es nur möglich, Form, Größe sowie die Verteilung der Nanoporen ungefähr abzuschätzen. Eine neue Studie zeigt nun, dass sich solche Informationen direkt und zuverlässig mit Hilfe der Kleinwinkel-Röntgenstreuung gewinnen lassen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Carbon veröffentlicht. [...]


  • <p>Mit R&ouml;ntgenlicht (blau) werden Wassermolek&uuml;le angeregt. Aus dem abgestrahlten Licht (lila) lassen sich Informationen &uuml;ber Wasserstoffbr&uuml;cken gewinnen.</p>SCIENCE HIGHLIGHT      20.02.2019

    Wasser ist homogener als gedacht

    Um die bekannten Anomalien in Wasser zu erklären, gehen manche Forscher davon aus, dass Wasser auch bei Umgebungsbedingungen aus einer Mischung von zwei Phasen besteht. Neue röntgenspektroskopische Analysen an BESSY II, der ESRF und der Swiss Light Source zeigen jedoch, dass dies nicht der Fall ist. Bei Raumtemperatur und normalem Druck bilden die Wassermoleküle ein fluktuierendes Netz mit durchschnittlich je 1,74 ± 2.1%  Donator- und Akzeptor-Wasserstoffbrückenbindungen pro Molekül, die eine tetrahedrische Koordination zwischen nächsten Nachbarn ermöglichen. [...]


  • <p>&Uuml;ber 250 geladene G&auml;ste feierten am 18. Februar im TIPI am Kanzleramt das zehnj&auml;hrige Jubil&auml;um des HZB.</p>NACHRICHT      18.02.2019

    10 Jahre Helmholtz-Zentrum Berlin: Ein starker Partner in der Wissenschaftslandschaft

    Das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) feiert am 18. Februar 2019 mit rund 250 geladenen Gästen aus Wissenschaft, Politik und Wirtschaft sein zehnjähriges Bestehen. Das Zentrum zählt zu den Top-Institutionen weltweit und leistet einen entscheidenden Beitrag für Berlin als Standort der Spitzenforschung. Dies betont Michael Müller, Regierender Bürgermeister von Berlin, anlässlich des Jubiläums. [...]




Newsletter