polski laser na swobodnych elektronach POLFEL polski laser na swobodnych elektronach Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Ogólna koncepcja z wybranymi szczegółami Tematyka badawcza Aktualny stan starań L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u

SASE długość fali 100 nm – 9 nm czas impulsu < 100 fs energia impulsu >10 μJ moc w impulsie >0.1 GW ilość impulsów 100000 /s moc średnia >0,1 W L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

FALA CIĄGŁA - DOWOLNA STRUKTURA CZASOWA IMPULSÓW laser UV klistron FLASH: 10 fs, 800 µs, 5 Hz, 1 MHz POLFEL: 100 fs, ∞,100 kHz L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u

WYSOKA MOC ŚREDNIA L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

rozwoju techniki przyspieszania elektronów: SASE wybrano dlatego, że stwarza możliwości rozwoju w wielu kierunkach (jakość wiązki poprzez zewnętrzną modulację i zakres hv. Nie ograniczony zakresem modulatora Decydując się na wykorzystanie SASE, wnosimy brakujące możliwości: CW i zakres VisUV ‑ 9 nm. Dalszy rozwój FEL prowadzony w Laboratorium obejmie w zależności od potrzeb doświadczalnych i możliwosci technicznych prace badawcze dla potrzeb: rozwoju techniki przyspieszania elektronów: stymulacji sygnałem zewnętrznym: laserem optycznym lub undulatorem związanych z tym konstrukcji undulatorów diagnostyki wiązki fotonów, optyki i detektorów dla dużej mocy średniej i CW optymalizacji i wykorzystania wiązek towarzyszących w zakresie THz i IR L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Mapa drogowa L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Flexible time structure SC e-gun with SC photocatode Those, which collect counts i.e. for low probability processes, diluted samples, those dealing with a long series of time spaced events e.g. TOF, other time structured experiments new experiments Flexible time structure CW operation <1 nC bunches preserving low emmittance high average power Beyond Cu-gun capabilities SRF injector SC photocathode No NC contaminations in the volume, no cooling inlets Long lifetime, reasonable QE Pb/Nb L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

213 nm, 1 µJ, 20 ps, 100 kHz Pb/Nb Pb Tc= 7.2 K Nb Tc= 9.2 K Pb/Nb photocatode 213 nm, 1 µJ, 20 ps, 100 kHz Pb/Nb Pb Tc= 7.2 K Nb Tc= 9.2 K L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Działo elektronowe normalnie przewodzące Fotokatoda FLASH i XFEL rysunek z zasobów DESY Działo elektronowe normalnie przewodzące Fotokatoda Cs 2Te ma wydajność 0,1 – 0,005 Laser UV 262 nm <1µJ

Działo elektronowe nadprzewodzące Fotokatoda ELBE (FZ Rosendorf) J. Teichert, ELBE FZ Rosendorf Działo elektronowe nadprzewodzące Fotokatoda Cs 2Te ma wydajność 0,1 – 0,005 Laser UV 262 nm <1µJ

QE tests for Pb photocathods (BNL) Pb/Nb coating QE tests for Pb photocathods (BNL) UHV arc desposition stand at IPJ RF performance tests @ 2 K (TJNAF) Nb/Cu cavities L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

(Inductive Output Tube) Zasilanie mikrofalowe 1,3 GHz klistron klistroda (IOT) Klistroda (Inductive Output Tube) praca ciągła albo impulsowa nie ma sygnału wejściowego mocy DC między paczkami wyższa sprawność wyższa stabilność, niższa czułość na niestabilność sygnału wej. DC tańsza w przeliczeniu na czas życia L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Wnęki rezonansowe Przyspieszanie Rysunek z zasobów DESY L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Wnęki rezonansowe Accel Układ krogeniczny i komory Zanon Moduły przyspieszające zostaną wykonane w ramach seryjnej produkcji dla XFEL Wnęki rezonansowe Accel Układ krogeniczny i komory Zanon Montaż CEA Saclay L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u

LLRF Courtasy of M. Grecki TU Łódż                Courtasy of M. Grecki TU Łódż L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Akcelerator L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Długi impuls ale mało MeV Dużo MeV ale krótki impuls ph/s λ L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Undulator śrubowy APPLE II (Advanced Planar Polarised Light Emiter). stal Al NdFeB L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

materiał magnetyczny NdFeB koercja 25 kOe Indukcja 1,2 T model APPLE II materiał magnetyczny NdFeB koercja 25 kOe Indukcja 1,2 T okres struktury magnetycznej (λ0) 50 mm K (=0,66B0[T] λ0[cm]) od 1 do 3 ilość okresów 25 długość segmentu 2 m ilość segmentów 10 całkowita długość struktury magnetycznej 20 m całkowita długość undulatora 35 m minimalna szerokość szczeliny 10 mm ciśnienie w przewodzie wiązki elektronowej <10-6 mbar pompy jonowe 10 × 20 l/s Płasko-równoległość stalowej belki poziomej  10 μm Odchylenia szerokości szczeliny  30 μm Odchylenia odległości pomiędzy bloczkami magnetycznymi  5 μm Odchylenia od pionowego i położenia belki poziomej  5 μm Odchylenia wartości natężenia pola magnetycznego < 0,2 % Dokładność czujnika położenia 1 μm L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u

L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Spektroskopia L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

U EXP Spektroskopia dE/E ~ 10-2 dE/E ~ 10-4 Instruments Manipulator, x,y,z,Θ,Ω T: LHe – 1600 K (cryo) Evaporator CCD QMS Spectrometer Ar, Xe Sputter gun Gas dosing LEED Microscope Hemispherical analyser Microfocusing L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Technologia powierzchni L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u

INSTYTUT PROBLEMÓW JĄDROWYCH im. Andrzeja Sołtana L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

INSTYTUT PROBLEMÓW JĄDROWYCH im. Andrzeja Sołtana L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

2. Tematyka badawcza L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u

Tesla Test Facility Phase 1 długość fali 80-98 nm 12–16 eV czas trwania impulsu światła 50 fs energia impulsu 1-10 μJ średnica ogniska 10 μm gęstość mocy na powierzchni próbki ~1015 W/cm2 nanotechnologia modyfikacja powierzchni Oddziaływanie silnych impulsów VUV z materią uszkodzenia zwierciadeł Rozwój optyki i diagnostyki wiązki Nasycenie scyntylatora Ce :YAG oddziaływanie z przewodnikami i izolatorami fizyka plazmy Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

1773 doświadczenie Cavendisha Spektroskopia fluorescencyjna wysoko naładownych jonów 1773 doświadczenie Cavendisha Przesunięcie Lamba 4,5310-5 eV (1096 MHz) 0.4310-5 eV (1058 MHz) Fe23+ ΔE ≈ 48,6 eV S.W. Epp i inni Phys. Rev. Lett. 98,183001 (2007)

Spektroskopia fluorescencyjna wysoko naładownych jonów F = 31014 fotonów / s F = 31012 fotonów / s niski przekrój czynny na wzbudzenie mały kąt bryłowy detektora niska gęstość próbki gazowej S.W. Epp i inni Phys. Rev. Lett. 98,183001 (2007)

Pulse Laser Deposition Bulid up the scientific case – industry Litography Pulse Laser Deposition Photoeathing = micromachining, surface texturing Laser Processing Consortium at CEBAF TJNAF Polymers and organic crystals Photoeatching efficiency for various wavelengths Manufactoring of nanostructures Photo-induced modifications of the properties of surface Non-organic crystals Photo-induces nanocrystallites growth at short wavelengths Photoeatching of transparent materials Chaoit carbon phase synthesis with the use of photons WUT-FMS L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u

Bulid up the scientific case – laser labs L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

Nagroda Nobla w 1999 ICN → (I – CN)* → I  CN → I +CN+Etr Oscylacje atomów w stanie wzbudzonym R = od 2,7 Å – do … Pompa: 100 – 150 fs 0,15 μJ 612nm – 619 nm Laser CPM + barwnik Sonda: 40 fs 0,15 μJ 612nm – 619 nm +1060 nm Detekcja: 388,9 nm – 389, 5 nm 200 fs, 4 Å, 4 drgnienia, 7° NaI Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

2. Aktualny stan starań L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u

Evaluated 60,5/100 → not supported Formal case - todays status Evaluated 60,5/100 → not supported Submitted 28.08.2008 Next call... L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

L a s e r n a s w o b o d n y c h e l e k t r o n a c h w Ś w i e r k u Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009