Elektronenstretcheranlage

Elektronen-Stretcher-Anlage (kurz ELSA) ist ein Teilchenbeschleuniger, der vor allem genutzt wird, um mehrere Sekunden lange konstante Elektronen-Strahlen zu erzeugen.

ELSA ist in der Universität Bonn aufgebaut und kann Strahlen von bis zu 3,5 GeV erzeugen. Ein Strom von bis zu 200 mA kann im eigentlichen Stretcher-Ring akkumuliert werden.

Links: Extraktionsrohr für Elektronen, Rechts: Elektromagnet zur Umlenkung der Elektronen

ELSA

ELSA ist der größte von einer deutschen Universität betriebene Teilchenbeschleuniger. Die gesamte Anlage, die seit 1987 in ihrer jetzigen Form in Betrieb ist, besteht aus drei hintereinandergeschalteten Beschleunigern: Zunächst beschleunigt ein Linearbeschleuniger (LINAC 1 oder LINAC 2) die Elektronen auf 20 MeV. Diese werden dann in dem sogenannten Booster-Synchrotron auf typischerweise 1.2 bis 1.6 GeV beschleunigt.

Das Booster-Synchrotron arbeitet mit der Netzfrequenz von 50 Hz, das heißt, alle 20 Millisekunden wird vom Linac injiziert, beschleunigt und extrahiert. Der beschleunigte Strahl steht dann nur in sehr kurzen Pulsen von weniger als einer Millisekunde zur Verfügung. Lange Zeit wurde der gepulste Strahl direkt genutzt. Der nachgeschaltete, 164 m umfassende Stretcher-Ring kann heute die Pulse des Synchrotrons entweder über 20 msec speichern und in dieser Zeit gleichmäßig zum externen Experiment extrahieren, oder mehrere Pulse werden gesammelt, ggf. auf Energien über 3.2 GeV nachbeschleunigt und schließlich über lange Zeiten (Sekunden bis Minuten) gleichmäßig wieder extrahiert. Nach seinem Bau in den achtziger Jahren konnten die Experimente (In der Vergangenheit: PHOENICS, ELAN, SAPHIR, GDH und aktuell Crystal-Barrel) mit nahezu konstantem Strom versorgt werden.

Nebenprodukt bei der Beschleunigung von leichten geladenen Teilchen in Kreisbeschleunigern ist die sogenannte Synchrotronstrahlung. Sie entsteht in den Ablenkdipolen der Maschine, ist äußerst intensiv und enthält über ein weites Spektrum auch hochenergetische Anteile (neben sichtbarem Licht insbes. UV- und Röntgenstrahlung). So besteht hier ein besonderes Interesse an deren Nutzung. Neben hochauflösender Lithographie ist insbesondere die Röntgen-Fluoreszenz-Spektroskopie zur Echtzeituntersuchung von chemischen Prozessen von Bedeutung, aber auch Strukturuntersuchungen an speziellen Materialien, z.B. Tiefenprofilanalysen von oberflächenbehandeltem Material, z.B. nach Implantation oder Dotierung mit Fremdatomen.

Für die zukünftige Experimentegeneration, die derzeit (2008) im Aufbau ist, werden polarisierte Photonen benötigt, die mittels polarisierter Elektronen aus ELSA durch Bremsstrahlung an einer Photonenmarkierungsanlage (Taggingsystem) erzeugt werden können. In Kombination mit einem unpolarisierten oder polarisierten Protonen-Target können z.B. Baryonresonanzen vermessen werden. Als Target wird flüssiger Wasserstoff bzw. Deuterium oder alternativ ein polarisiertes Frozen-Spin Butanoltarget verwendet. Die Elektronen in der Atomhülle können bei den Untersuchungen fast vernachlässigt werden, wenn man als Projektilteilchen nicht geladene Teilchen wie Elektronen, sondern Ungeladene wie Photonen nimmt. Dann wechselwirken diese nur mit den Kernen, welche in den einfachsten Fällen nur aus Protonen bestehen.

Weblinks

• Hauptseite der Elektronen-Stretcher-Anlage
• Hauptseite des Crystal-Barrel Experiments

50.7273138888897.08838611111117Koordinaten: 50° 43′ 38″ N, 7° 5′ 18″ O