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.
- Langzeittest zeigt: Effizienz von Perowskit-Zellen schwankt mit der JahreszeitAuf dem Dach eines Forschungsgebäudes am Campus Adlershof läuft ein einzigartiger Langzeitversuch: Die unterschiedlichsten Solarzellen sind dort über Jahre Wind und Wetter ausgesetzt und werden dabei vermessen. Darunter sind auch Perowskit-Solarzellen. Sie zeichnen sich durch hohe Effizienz zu geringen Herstellungskosten aus. Das Team um Dr. Carolin Ulbrich und Dr. Mark Khenkin hat Messdaten aus vier Jahren ausgewertet und in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials vorgestellt. Dies ist die bislang längste Messreihe zu Perowskit-Zellen im Außeneinsatz. Eine Erkenntnis: Standard-Perowskit-Solarzellen funktionieren während der Sommersaison auch über mehrere Jahre sehr gut, lassen jedoch in der dunkleren Jahreszeit etwas nach. Die Arbeit ist ein wichtiger Beitrag, um das Verhalten von Perowskit-Solarzellen unter realen Bedingungen zu verstehen.
- Natrium-Ionen-Batterien: Neuer Speichermodus für KathodenmaterialienBatterien funktionieren, indem Ionen zwischen zwei chemisch unterschiedlichen Elektroden gespeichert und ausgetauscht werden. Dieser Prozess wird Interkalation genannt. Bei der Ko-Interkalation werden dagegen sowohl Ionen als auch Lösungsmittelmoleküle in den Elektrodenmaterialien gespeichert, was bisher als ungünstig galt. Ein internationales Team unter der Leitung von Philipp Adelhelm hat nun jedoch gezeigt, dass die Ko-Interkalation in Natrium-Ionen-Batterien mit den geeigneten Kathodenmaterialien funktionieren kann. Dieser Ansatz bietet neue Entwicklungsmöglichkeiten für Batterien mit hoher Effizienz und schnellen Ladefähigkeiten. Die Ergebnisse wurden in Nature Materials veröffentlicht.
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