Emittance related topics for fourth generation storage ring light sources

Vi vet att laddade partiklar sänder ut elektromagnetisk strålning då de tvingas följa en krökt bana. Denna strålning kallas synkrotronstrålning, och upptäcktes i mitten av 1900-talet. Sedan dess har denna typ av strålning funnit tillämpningar inom flera forskningsområden såsom kemi, biologi, medicin och materialvetenskap. För att uppfylla de växande kraven på vissa strålningsegenskaper, är partikelacceleratorer, designade att producera synkrotronljus, under ständig utveckling. Med MAX IV Laboratoriet i Lund, Sverige, och dess 3 GeV lagringsring synkrotronljuskälla, har ett koncept som reducerar elektronstrålens emittans avsevärt, för första gången realiserats. En låg emittans är en viktig parameter, eftersom den möjliggör för forskarna att fokusera synkrotronstrålningen i hög intensitet på ett litet prov. Denna avhandling diskuterar flera utmaningar som uppträder på acceleratorsidan när emittansen i lagringsringen reduceras såsom vid MAX IV anläggningen.

Radiofrekvenskaviteter förser den lagrade elektronstrålen med energi. De harmoniska kaviteterna i MAX IV acceleratorerna har istället till uppgift att sträcka ut elektronklungorna i lagringsringarna, vilket är ett väsentligt krav för att kunna uppfylla designparametrarna. Den resulterande longitudinella formen på elektronklungorna detekteras med hjälp av synkrotronstrålningen i ett diagnostikstrålrör.

Synkrotronstrålningen innehåller också information om storlek och emittans på elektronstrålen. För detta ändamål fokuseras den synliga delen av strålningen, med en lins i diagnostikstrålröret, för att skapa en bild av elektronstrålen. På grund av den lilla strålstorleken, står själva utsändningsprocessen och diffraktion, för de dominanta effekterna i bilden. Ändå presenteras här metoder som möjliggör härledning av elektronstrålens storlek och slutligen dess emittans.

En mycket låg vertikal emittans för med sig nackdelar, såsom en ökad förlust-takt av elektroner från strålen och även en ökad horisontell emittans. Detta beror på växelverkningar mellan elektronerna i en klunga. En tillvägagångssätt presenteras därför som ökar vertikala emittansen på ett kontrollerat och omvändbart sätt, för att kunna möta kraven från en särskild vetenskaplig applikation med synkrotronljusstrålning, och på det viset undvika de förut nämnda onödiga nackdelarna.