Kurzfassung
Für den Betrieb von Freien-Elektronen-Lasern (FEL), wie FLASH in Hamburg und den zukünftigen Europäischen X-FEL, sind Elektronenstrahlen hoher Brillianz und niedriger transversaler Emittanz bei einer Ladung von 1 nC notwendig. Der Photo-Injektor-Teststand am DESY - Standort Zeuthen (PITZ) beschäftigt sich speziell mit der Optimierung derartiger Elektronenstrahlen. Bei PITZ werden die Elektronen in einer Hochfrequenz-Elektronenquelle erzeugt, welche mit Gradienten von bis zu 60 MV/m betrieben wird. Zur Kompensation des durch Raumladungseffekte hervorgerufenen Anwachsens der Emittanz ist die Elektronenquelle mit zwei Solenoiden ausgestattet. Diese Kompensation wird durch eine normal leitende TESLA - Beschleunigungsstruktur verstärkt. Die Charakterisierung der Elektronenstrahlen erfolgt hauptsächliche mit einem System zur Emittanzmessung (EMSY), bei dem mit Hilfe der EinzelSchlitz-Methode der transversale Phasenraum vermessen wird. Im Rahmen dieser Dissertation wurde das Messsystem für die Messung kleiner Emittanzen bei verschiedenen Parametern des Photoinjektors, einschliesslich derer zur Erfüllung der XFEL-Spezifikationen, optimiert. Erste Ergebnisse der Charakterisierung einer Elektronenquelle, die mit maximalen Beschleunigungsgradienten von 60 MV/m betrieben wurde, werden präsentiert. Dies beinhaltet das Scannen der Solenoidfeldstärke, der Elektronenstrahlgrösse bei der Emission sowie verschiedene Gradienten der TESLA Kavität. Der Vorteil hoher Beschleunigungsgradienten wird durch einen Vergleich verschiedener Gradienten demonstriert.
High brightness electron beams with charge of 1 nC and low transverse emittance are necessary for the functioning of advanced light sources such as the Free-electron Laser in Hamburg (FLASH) and the European X-ray FEL (XFEL). The photo-injector test facility at DESY, Zeuthen site (PITZ) is dedicated to the optimization of such electron beams. At PITZ the electrons are produced using an RF gun cavity operated at accelerating gradients of up to 60 MV/m. The gun is equipped with a pair of solenoids for the compensation of the emittance growth due to linear space charge forces. This solenoid compensation scheme is enhanced with a properly matched TESLA type normal conducting booster cavity. The main tool for the characterization of the transverse phase space of the electron beam at PITZ is the emittance measurement system (EMSY). It employs the single slit method for the measurement of the transverse phase space distribution of the electron beam. In this thesis, the performance of the EMSY was optimized for measurement of low emittances in a wide range of photo-injector parameters including such that result in electron beams close to the XFEL specifications. First results on the characterization of the PITZ photo-injector with a gun operated at maximum accelerating gradient of 60 MV/m are presented. This includes scans of the solenoid focusing strength, the initial beam size and the booster gradient. A comparisson between results obtained at lower accelerating gradients is made with emphasize on the benefit of higher accelerating gradient.