PhdThesis Lipka eng - Photo Injector Test Facility at DESY, Location ...

Kapitel 1
Einleitung
Die Erzeugung von Synchrotronstrahlung hoher Intensität ermöglicht detaillierte
Untersuchungen in verschiedensten Wissenschaftsbereichen, z. B. der
Festkörperphysik, der Chemie, der Materialwissenschaften, der medizinischen
Diagnostik und der Molekularbiologie. Eine der wichtigsten Qualitätskriterien
der Synchrotronstrahlungsquellen ist die Brillianz [1, 2]
Brillianz =
F
4π ∑ ∑ 2 ′ ∑
x x
y
∑ ′
y
, (1.1)
mit F dem spektralen Photonenstrom [Photonen / ( Sekunde 0,1 % Bandbreite
)], der transversalen Paketgröße der Photonen ∑ ∑
x y
und dem Raumöffnungswinkel
der Photonenpakete ∑ ′ ∑ ′
x y .
Die Brillianz von existierenden Synchrotronstrahlungsquellen kann nicht
mehr um weitere Größenordnungen verbessert werden. Eine weitere Steigerung
der Brillianz, und damit die Erschließung neuer Forschungsgebiete, ist
nur mit Freie-Elektronen Lasern (FEL) möglich. Ein weiterer Aspekt ist die
Erzeugung von Photonen mit variablen Wellenlängen, insbesondere Röntgenstrahlen,
die neuartige Untersuchungen zulassen. Mit Freie-Elektronen
Lasern können auch sehr kurze Pulse erzeugt werden, womit zeitaufgelöste
Untersuchungen möglich sind.
Um möglichst hohe Intensitäten der Photonenpakete zu erzeugen, werden
die Elektronenpakete in periodisch angeordneten Magneten in transversale
Schwingungen versetzt. Eine spezielle Form der periodisch angeordneten
Magnete wird Undulator genannt. Die Elektronen emittieren durch ihre sinusförmige
Bewegung Photonen. Die Photonen wechselwirken mit weiteren
Elektronen des Paketes, so dass einige Elektronen Impulse gewinnen, andere
verlieren. Das Elektronenpaket wird bei diesem Prozess entsprechend
der Photonenwellenlänge in seiner Ladungsdichte moduliert. Die emittierte
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