polski laser na swobodnych elektronach

Prezentacja na temat: "polski laser na swobodnych elektronach"— Zapis prezentacji:

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

2 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

3 SASE długość fali 100 nm – 9 nm czas impulsu < 100 fs
energia impulsu >10 μJ moc w impulsie >0.1 GW ilość impulsów /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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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

9 213 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

10 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

11 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

12 QE tests for Pb photocathods (BNL)
Pb/Nb coating QE tests for Pb photocathods (BNL) UHV arc desposition stand at IPJ RF performance 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

13 (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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 materiał magnetyczny NdFeB koercja 25 kOe Indukcja 1,2 T
model APPLE II materiał magnetyczny NdFeB koercja 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 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 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

22 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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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

28 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

29 Tesla Test Facility Phase 1
długość fali nm 12–16 eV czas trwania impulsu światła fs energia impulsu μJ średnica ogniska 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

30 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, (2007)

31 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, (2007)

32 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

33 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

34 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 nm Detekcja: 388,9 nm – 389, 5 nm 200 fs, 4 Å, 4 drgnienia, 7° NaI Robert Nietubyć, IFPAN

35 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

36 Evaluated 60,5/100 → not supported
Formal case - todays status Evaluated 60,5/100 → not supported Submitted 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

37

38 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

39