Beschleunigerphysik: Erster Elektronenstrahl im SEALab
Auf dem Bildschirm ist der „Beweis“ zu sehen: Der kleine Fleck ist der Elektronenstrahl. Die „große Wolke“ links davon entsteht durch die Reflektion des Laserstrahls von der Photokathode. © SEALab/HZB
Das SEALab-Team hat diesen Durchbruch nach jahrelanger Arbeit erreicht. Im Bild das Commissioning Team. © SEALab/HZB
Weltweit zum ersten Mal hat das SEALab-Team am HZB in einem supraleitenden Hochfrequenzbeschleuniger (SRF Photoinjektor) einen Elektronenstrahl aus einer Multi-Alkali-Photokathode (Na-K-Sb) erzeugt und auf relativistische Energien beschleunigt. Dies ist ein echter Durchbruch und eröffnet neue Optionen für die Beschleunigerphysik.
Dieser Erfolg ebnet den Weg für die Weiterentwicklung von supraleitenden Hochfrequenzbeschleunigern (SRF Photoinjektoren) für hochbrillante Elektronenquellen. Die Errungenschaft birgt ein erhebliches Potenzial für Anwendungen in Freie-Elektronen-Lasern, Beschleunigern der ERL-Klasse (Energy Recovery Linac) und der Nutzung in den Bereichen Detektorentwicklung und Ultraschnelle Elektronenstreuexperimente (UED).
Möglich wurde diese Leistung durch jahrelange engagierte Arbeit, zunächst im Rahmen des bERLinPro-Projekts, dann im SEALab-Team. Dabei gab es zahlreiche Herausforderungen, darunter Verzögerungen durch die COVID-19-Pandemie und den Cyberangriff. Dennoch hat das Team große Fortschritte gemacht. Der erfolgreiche Test erzeugte einen mittleren Strom im Mikroampere-Bereich bei einer Wiederholrate von 1 MHz, was die Möglichkeiten der Natrium-basierten Photokathode in einem SRF System demonstriert.
Axel Neumann, Projektleiter von SEALab, betont: "Dieser große Erfolg ist das Ergebnis vieler engagierter Einzelpersonen, die in den letzten Jahren unter oft hohem Stress an bERLinPro und SEALab mitgearbeitet haben. Wir danken auch allen ehemaligen Teammitgliedern, die an dem ursprünglichen Projekt mitgewirkt haben."
Thorsten Kamps, stellvertretender Projektleiter, sieht nun die Früchte der intensiven Arbeiten für den Photoinjektor: “Wir haben die Präparation und Charakterisierung von Photokathoden in den letzten Jahren komplett auf neue Beine gestellt und sehen nun den Erfolg. Das wird signifikanten Einfluss auf ähnliche Projekte haben.”
Mit dem erfolgreichen Test hat das SEALab-Team bewiesen, dass es mit einer robusten Multi-Alkali Photoemissionsquelle möglich ist, einen Elektronenstrahl in einem SRF-Photoinjektor auf relativistische Energien zu beschleunigen, und zwar mit einer hohen Wiederholrate. Diese Erkenntnisse könnten dazu beitragen, die Leistung von Elektroneninjektoren der nächsten Generation weiter zu verbessern . Das SEALab-Team wird nun auch die unterschiedlichen Strahlparameter untersuchen und so die Möglichkeiten der SRF-Photoinjektoren erweitern.
- Nanosilber als Elektrokatalysator für die CO₂-VerwertungDurch Elektrolyse lässt sich CO2 zu CO reduzieren, einem Ausgangsstoff für weitere chemische Produkte wie beispielsweise Kraftstoffe. Im Rahmen des GreenQUEST-Projekts hat ein internationales Team um den HZB-Chemiker Prashanth Menezes Katalysatorschichten aus Silbernanopartikeln systematisch untersucht und dabei sowohl die Partikelgröße als auch deren Dichte variiert. Die beste Ausbeute wurde mit Nanopartikeln mit Durchmessern von etwa 10 nm erzielt, die locker verteilt waren. Darüber hinaus zeigten sie, wie sich die Wirtschaftlichkeit der elektrochemischen Zelle durch eine zusätzliche chemische Reaktion an der Anode verbessern lässt, indem gleichzeitig wertvolle Ameisensäure, Wasserstoff und CO erzeugt wird.
- BESSY II: Erster Film von Spinwellen im Nano-OszillatorSpin-Hall-Nano-Oszillatoren sind winzige Bauelemente auf Basis von ultradünnen CoFeB-Schichten. Sie wandeln Gleichstrom in Mikrowellensignale um und gelten als Option für eine besonders effiziente drahtlose Kommunikation oder für eine neue Technologie der Datenverarbeitung, die vom Gehirn inspiriert ist. Ein schwedisch-deutsches Team konnte nun an BESSY II zum ersten Mal die Magnetisierungsdynamik im Inneren eines solchen Spin-Hall-Nano-Oszillators abbilden, sozusagen filmen. Dazu nutzten sie die zeitaufgelöste Röntgen-Rastertransmissionsmikroskopie am MAXYMUS-Instrument. Die Abbildungen zeigen Merkmale von Spinwellen, die in den bisherigen indirekten Messverfahren nicht sichtbar waren. Die Studie ist in „Advanced Materials“ veröffentlicht.
- Marcel Risch wird Professor an der Freien Universität BerlinSeit August 2026 ist Marcel Risch Professor (W2-S) im Fachbereich Physik an der Freien Universität Berlin. Seine Nachwuchsgruppe wird zur Abteilung Mechanismen nachhaltiger Elektrokatalyse. Risch erforscht die fundamentalen Mechanismen elektrokatalytischer Reaktionen und entwickelt auf dieser Grundlage wissens- und datengetriebene Strategien zur Verbesserung von Elektrokatalysatoren für die nachhaltige Erzeugung von Wasserstoff, Kraftstoffen und Chemikalien.