Projektbeschreibung
Beschleunigung der Photonenforschung mit einer Tischversion einer extrem hellen Elektronenstrahlquelle
Elektronenbeschleuniger zur Erzeugung hochwertiger Photonen haben in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht. Aktuelle Photonenquellen der vierten Generation basieren auf dem vor fast einem halben Jahrhundert erfundenen Freie-Elektronen-Laser und erzeugen Elektronenstrahlen in riesigen (kilometerlangen) hochmodernen Linearbeschleunigern. Mit jeder Generation konnte eine beispiellose Verbesserung der Helligkeit und Zeitauflösung erzielt werden, was zu einer explosionsartigen Ausweitung der Grundlagenforschung in Bereichen wie Materialwissenschaften, Chemie, Molekularbiologie und Biowissenschaften führte. Das EU-finanzierte Projekt NeXource ist Vorreiter bei plasmabasierten Elektronenstrahlquellen der nächsten Generation für die Photonenforschung und Hochenergiephysik. Der Beschleuniger des Teams wird nicht nur eine potenziell 100 000 Mal größere Helligkeit als herkömmliche Quellen haben, sondern auch als Tischsystem umgesetzt werden, das für Universitätslabore zugänglich sein und die Photonenforschung in Lichtgeschwindigkeit voranbringen wird.
Ziel
High-quality electron beams are required for advanced light sources and for high energy physics. Engines of discovery such as free-electron-lasers (FELs) and other bright light sources, are driven by electron beams today produced in km-long state-of-the-art linear accelerators (linacs). A complementary alternative are cm-scale plasma-based accelerators, which are feasible in university-lab scale environments. The NeXource project aims at combining key advantages of both types of accelerators to realize hybrid plasma-based accelerators orders of magnitude smaller and at the same time with electron beam quality orders of magnitude better than state-of-the-art. This has far-reaching impact as it will enable the construction of table-top coherent hard x-ray sources with extreme brightness.
This project is motivated by experimental breakthroughs obtained in the E210 collaboration at the linac-driven plasma accelerator facility FACET at the Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) and by the progress at laser-plasma-accelerator facilities, combined with novel conceptual approaches towards beams with unprecedented 6D-brightness by using tailored beamloading in plasma-based photocathodes.
A dedicated setup for plasma photocathode prototyping and hybrid plasma acceleration will be established at the Scottish Centre for the Application of Plasma-based Accelerators (SCAPA) to develop beam brightness transformers. This R&D will be complemented by campaigns at SLAC, DESY, Daresbury Laboratory and laser-plasma-accelerator labs in Europe. Start-to-end simulations indicate that hard x-ray FEL’s with ultrahigh gain and other advanced light sources can be realised with such electron beams in university-scale labs, which would have transformative impact on photon science and a wide range of natural, life and material science.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
40225 Dusseldorf
Deutschland