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Die SwissFEL-Anlage: die Elektronenquelle
In der Elektronenquelle entsteht der Elektronenstrahl für den SwissFEL. Die Anforderungen an die Anlage sind hoch: Damit der SwissFEL erfolgreich betrieben werden kann, muss der Elektronenstrahl vom ersten Augenblick an von bester Qualität sein.
Der erste Teil der SwissFEL-Anlage ist die Elektronenquelle. Ihre wichtigsten Komponenten sind eine Metallplatte und ein Laser, der Lichtblitze aus ultraviolettem Licht erzeugt. Der Laser wird auf die Metallplatte gerichtet und schlägt mit jedem Lichtblitz eine Gruppe von Elektronen aus der Platte heraus. Diese Elektronen werden sofort in einer ersten Hochfrequenzkavität beschleunigt – einem speziell geformten Hohlraum, in dem sich ein elektrisches Feld aufbauen kann, das die Teilchen auf beinahe Lichtgeschwindigkeit bringt. Von da fliegen die Elektronen zum eigentlichen Beschleuniger weiter.
Die Eigenschaften der Elektronenquelle sind für das Funktionieren der ganzen Anlage von entscheidender Bedeutung. Sind die hier erzeugten Elektronenpulse nicht „gut genug“, lässt sich das auf dem weiteren Weg der Elektronen nicht korrigieren und führt unter Umständen dazu, dass die für Experimente benötigten Röntgenlichtpulse gar nicht erst erzeugt werden können. Der einzige Ausweg wäre, die ganze Anlage länger zu bauen, um die Strahlenergie zu erhöhen. „Gut“ sind Elektronenpakete, in denen die Elektronen ihrem Drang auseinanderzufliegen möglichst wenig nachgeben können, sich also alle möglichst genau in die vorgegebene Richtung bewegen und dicht zusammenbleiben. Die Fachleute sprechen dann von niedriger Emittanz.