Das Team am KIT hat Folgendes entwickelt und evaluiert verschiedene THz-Detektoren für die Strahldiagnostik. Darüber hinaus wird elektro-optische Modulation zur weiteren Charakterisierung des Strahls eingesetzt. Für beide Techniken wurde eine Auslese-Messelektronik zur kontinuierlichen Überwachung des Elektronenstrahls entwickelt. Diese Systeme sind in der Gemeinschaft einzigartig: Es ist nun möglich, jedes einzelne Bündel ohne Unterbrechung bis zu hohen Wiederholungsraten aufzuzeichnen. Damit werden die derzeitigen Beschränkungen der optischen und elektronischen Methoden und Datenerfassung überwunden. Insbesondere die vorgesehene modular, hochauflösend, hohe Wiederholungsrate, THz-Detektionssysteme können die Basistechnologien zur Erleichterung der fortschrittlichen Steuerung von Beschleunigern liefern, was die Effizienz heutiger und zukünftiger Photonenquellen steigern wird. Die vorgeschlagene Forschung wird dazu beitragennce Beschleunigerforschung und öffnen neue Fenster der Möglichkeiten in der Forschung mit Photonen und Nutzerexperimenten. Dies ist besonders relevant für Lichtquellen, die Photonenpulse von Piko- bis Femtosekunden liefern, wie BESSY II, FELBE/TELBE und FLASH/XFEL, KARA/FLUTE.

Instrumente zur Elektronenstrahldiagnose kombinieren herausfordernde Technologie um die Grenzen der Auflösung zu erreichen. So kommen supraleitende Sensoren und spezielle Halbleiterdesigns für die Detektoren zu Einsatz. Analoge Schaltungstechnik wird in spezifische ASIC-integriert, Hochfrequenz-Effekte müssen berücksichtigt werden, Verbindungstechnologien für hohe Integrationsdichten werden benötigt und die resultierende Datenrate ist schritthaltend zu verarbeiten, z.B. mit KI-Algorithmen. Im Rahmen des NeoDyn-Projekts haben wir eine neue Generation innovativer Detektorsysteme für die Beschleunigerdiagnostik entwickelt. Ziel des Gesamtprojekt war es, neue Möglichkeiten für die Beschleunigerphysik zu eröffnen.

Im Verlauf des Projektes wurden einzigartige Detektorsysteme hergestellt und installiert, die die Messtechnik signifikant erweiterten und so zu neuen oder verbesserten Anwendungen im THz-Bereich und für kurze Elektronen- und Photonenpulse an Großanlagen führten. Zur Untersuchung des THz-Verhaltens mit einer zeitlichen Auflösung im Pikosekundenbereich und der Möglichkeit kontinuierlich die Wechselwirkungen zwischen Elektronenpaketen zu beobachten wurde die Detektor-Ausleseelektronik KAPTURE entwickelt. Die Zeilenkamera KALYPSO wurde ursprünglich zur Messung für elektro-optischen Spektren am KIT-Forschungssynchrotron KARA konzipiert, und später auch beim European XFEL und bei FLASH, ELBE und DELTA eingesetzt. Beide Systeme zeichnen sich aus durch: 1) ihre Modularität; beide Systeme können als eigenständige Detektoren eingesetzt oder in eine MicroTCA-Rack integriert werden, 2) sie kombinieren eine hohe Auflösung mit einer hohen Messfrequenz, 3) sie besitzen die Fähigkeit für eine sehr umfassende und flexible Überwachung und Steuerung von Synchrotron-, Linear- und Plasmabeschleunigern.

Technologien

• Strahldiagnostik für Beschleuniger
• Neuronale Netze für die Beschleunigerphysik