POLFEL polski laser na swobodnych elektronach

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

2. 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 • Ogólna koncepcja z wybranymi szczegółami • Tematyka badawcza • Aktualny stan starań

3. 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 Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

4. 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 FALA CIĄGŁA - DOWOLNA STRUKTURA CZASOWA IMPULSÓW laser UV klistron FLASH:10 fs,800 µs,5 Hz, 1 MHz POLFEL:100 fs,∞,100 kHz

5. 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 Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

6. 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 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 Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

7. 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 Mapa drogowa Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

8. 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 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 Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

9. 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 Pb/Nb photocatode 213 nm, 1 µJ, 20 ps, 100 kHz Pb/Nb Pb Tc= 7.2 K Nb Tc= 9.2 K Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

10. 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. 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. 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 Pb/Nb coating QE tests for Pb photocathods (BNL) UHV arc desposition stand at IPJ RF performance tests @ 2 K (TJNAF) Nb/Cu cavities Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

13. Zasilanie mikrofalowe 1,3 GHz 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 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 Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

14. 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 Wnęki rezonansowe Przyspieszanie Rysunek z zasobów DESY Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

15. 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 Moduły przyspieszające zostaną wykonane w ramach seryjnej produkcji dla XFEL Wnęki rezonansowe Accel Układ krogeniczny i komory Zanon Montaż CEA Saclay

16. 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 Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

17. 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 Akcelerator Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

18. λ Dużo MeV ale krótki impuls Długi impuls ale mało MeV ph/s 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

19. 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 Undulator śrubowy APPLE II (Advanced Planar Polarised Light Emiter). stal Al NdFeB Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

20. 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 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 Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

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 21.04.2009

23. 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 Spektroskopia Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

24. EXP 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 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 Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

25. 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 Technologia powierzchni

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 21.04.2009

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 21.04.2009

28. 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 2. Tematyka badawcza

29. Tesla Test Facility Phase 1 długość fali 80-98 nm 12–16 eV czas trwania impulsu światła 50fs energia impulsu 1-10μJ średnica ogniska 10 μm gęstość mocyna 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 fizykaplazmy Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

30. 1773 doświadczenie Cavendisha Przesunięcie Lamba 4,5310-5 eV (1096 MHz) 0.4310-5 eV (1058 MHz) Spektroskopia fluorescencyjna wysoko naładownych jonów Fe23+ ΔE ≈ 48,6 eV S.W. Epp i inni Phys. Rev. Lett. 98,183001 (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. 98,183001 (2007)

32. 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 – 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

33. 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 Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

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

35. 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 2. Aktualny stan starań

36. 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 Formal case - todays status Evaluated 60,5/100 → not supported Submitted 28.08.2008 Next call... Robert Nietubyć, IFPAN 21.04.2009

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 21.04.2009