Erzeugung intensiver hochpolarisierter Elektronenstrahlen mit hoher ...

1. Die Quelle spinpolarisierter Elektronen am MAMI-Beschleuniger
von Komponenten gebräuchlicherweise der ”
Buncher“. Im folgenden wird die Funktionsweise
dieser Elemente beschrieben, soweit es zum Verständnis der weiteren Probleme
notwendig ist.
Chopper
Der Chopper [45] erlaubt es, einen d.c.-Strahl synchron zur MAMI-H.f. zu zerhacken
( ”
choppen“), um Elektronen mit falscher Phasenlage auszublenden. Dazu werden Resonatoren
verwandt, die eine mit der Hochfrequenzperiode umlaufende transversale Kraftwirkung
auf den Strahl ausüben, so dass der Strahl hinter dem Ablenkresonator eine
Kreisbahn in der transversalen Ebene beschreibt, die mit der Hochfrequenzperiode T H.f.
durchlaufen wird. Dann folgt der Chopperkollimator, dessen feste obere Backe 180 Grad
der Hochfrequenzperiode abblockt. Durch verschiebbare seitliche Kollimatoren, die einen
Spalt der Breite d freilassen, kann der Phasenbereich der verbleibenden 180 Grad noch
weiter eingegrenzt werden. Die Transmission T sinkt dabei natürlich weiter ab, sie berechnet
sich aus dem Verhältnis
T = θ frei
2π
≤ 0.5 (1.21)
wobei θ frei der von den Kollimatoren freigelassene Winkelbereich des Kreises ist.
Aufgrund der endlichen Strahlgröße wird immer ein etwas größerer Phasenbereich
zum Strahl beitragen, als sich aus dem Verhältnis der freigelassenen Bahnlänge zum
Kreisumfang ergibt. Durch einfache geometrische Betrachtungen [45] kann man für die
gegebenen Parameter (Strahlbreite w =0.5mm, Durchmesser des Chopperkreises von
D =3.8mm) ableiten, dass es durch die Variation der Spaltbreite möglich ist, Phasenbereiche
zwischen 15 und 195 Grad mit Elektronen zu belegen. Der größere Wert ergibt
die oben angegebenen Transmission von 50%.
Man wird im Betrieb mit der polarisierten Quelle versuchen, aufgrund der begrenzten
emittierbaren Ladung eine möglichst große Bunchlänge zu benutzen, um die – zunächst –
maximal mögliche Transmission von 50% zu erreichen. Wenn man zusätzlich in der Lage
ist, zur H.f. synchronisierte Elektronenpulse an der Quelle zu erzeugen, die kürzer als 200
Pikosekunden (180 Grad) sind, wird die Transmission vollständig sein. Verwendet man
in diesem ”
Synchro“-Zustand eine kleine Spaltbreite, so kann man das Intensitätsprofil
des Elektronenpulses mit etwa 16 ps (15 Grad) Auflösung vermessen. Dabei verschiebt
man die Phase des angelieferten Elektronenpulses und misst die durch den Spalt transmittierte
Intensität.
Die Elektronenoptik des Choppersystems ist so gewählt, dass der Strahl mit Hilfe
eines um den Chopperkollimator angeordneten Solenoiden vom ersten Ablenkresonator
zum Zweiten abgebildet wird. Dieser ist symmetrisch zum ersten Resonator hinter dem
Chopperkollimator angeordnet. Der zweite Resonator hebt im Idealfall die vom ersten
Resonator ausgelösten Transversalimpulse wieder auf, so dass die transversale Emittanz
kaum vergrößert wird.
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