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PKAT:

Die Testquelle PKAT (=Polarisierte KAnone Test) ist eine d. c. Elektronenkanone mit einer ca. 4m langen Strahlführung zur Strahldiagnose. Sie ist eine exakte Kopie der am Mainzer Mikrotron (MAMI) verwendeten PKA1. Neben der Durchführung eigenständiger Messprogramme können somit auch Kathoden vor dem Routineeinsatz an MAMI hinsichtlich Quantenausbeute (QE) und Polarisation (P) getestet werden. Abbildung 3 zeigt eine schematische Zeichnung der Testquelle.
Am oberen Ende der Beschleunigungsstrecke (violett) sitzt der Kristall, der von unten mit zirkular polarisiertem Licht (angedeutet durch den Pfeil) beleuchtet wird. Die Kanone besitzt nicht nur eine Kathode (-100 kV) und eine Anode (0 kV) sondern zusätzlich noch eine Zwischenelektrode, die auf ein variables Potential von -38 kV bis -62 kV gelegt werden kann. Der Abstand zwischen Kathode und Zwischenelektrode (oberere Bereich) beträgt 5 cm, zwischen Zwischenelektrode und Anode (unterer Bereich) 10 cm. Über einen Spannungsteiler lassen sich dadurch bei einer konstanter Gesamtenergie von 100 keV verschiedene Extraktionsgradienten von 1,24 MV/m bis 0,76 MV/m im oberen Bereich und 0,38 MV/m bis 0,62 MV/m im unteren Bereich einstellen.
Nach ihrer Emission ins Vakuum und dem Durchfliegen der Beschleunigungsstrecke haben die Elektronen eine kinetische Energie von 100 keV, was einer Geschwindigkeit von ungefähr 0,55 c entspricht. Mit verschiedenen Quadrupol-Multipletts (dunkelblau) und Solenoiden (hellblau) kann der Strahl fokussiert werden. Eine Vielzahl von kleinen Korrekturmagneten ermöglicht eine horizontale bzw. vertikale Lagekorrektur des Strahls. Insgesamt gibt es zur Zeit zwölf dieser sog. "Wedler", die aber aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet sind. Ein alpha-Magnet (dunkelrot) lenkt die Elektronen um einen Winkel von 270° aus der Vertikalen in die Horizontale ab [71]. Auf mehreren Leuchtschirmen (grau) kann die Position des Strahls überprüft werden. Das elektrische Feld des Toruskondensators (orange) lenkt die Flugbahn der Elektronen um 107° ab, während die Spinrichtung nur um 17° abgelenkt wird [72]. Damit stehen ~p und ~s senkrecht aufeinander - eine notwendige Bedingung für die Mott-Streuung an Position 21b. Hier stehen auf einem fahrbaren Schlitten Goldfolien verschiedener Dicke zur Verfügung. Über zwei Detektoren, die jeweils unter einem Winkel von 120° zur Strahlrichtung angebracht sind, können die Mott-gestreuten Elektronen nachgewiesen werden.
An Position 15 sitzt ein Faraday-Cup, mit dem Ströme im Bereich weniger 10-11 A bis hin zu mehreren 10-5 A gemessen werden können, hinter Position 21 ein Channel-Electron-Multiplier (kurz CEM oder Channeltron) für Ströme zwischen 10-8 A und 10-15 A. Das Channeltron wird zusammen mit einem Stromverstärker der Firma Femto (Model DLPCA-200) benutzt und arbeitet als Analogverstärker.
Zusätzlich ist es mit der PKAT möglich, Messungen von longitudinaler Ladungsverteilung und Polarisation mit einer Zeitauflösung von ungefähr einer Pikosekunde durchzuführen. Dazu steht ein Femtosekunden-Lasersystem zur Verfügung, dass auf die Phase eines Hochfrequenzresonators (dunkelgrün) synchronisiert ist. Dieser Resonator hat eine Frequenz von 2,45 GHz und transformiert das longitudinale Strahlprofil für die zeitaufgelösten Messungen in ein leichter zu messendes transversales. Vor dem Toruskondensator sitzt ein beweglicher Spalt mit einer Höhe von 100 µm, mit dem das jetzt transversale Profil vermessen werden kann.

Beschreibung und Bild wurden der Dissertation von E. J. Riehn entnommen.

Abb3: Schematische Darstellung der PKAT