Kurzfassung
In dieser Dissertation befasse ich mich mit dem Design des Extraktionsbogens für die zweite Beamline von FLASH, einer FEL (Freier-Elektronen Laser) Nutzeranlage am DESY Hamburg. Beide Beamlines werden den gleichen Linearbeschleuniger nutzen und ihre Trennung wird hinter dem letzten Beschleunigermodul stattfinden. Ich werde die Einschränkungen für den Extraktionsbogen, gegeben durch die Beamline der existierenden Maschine, durch die Gebäudeumgebung der neuen Beamline und besonders durch kohärente Synchrotronstrahlung (Coherent synchrtron radiation, CSR), vorstellen. Die Auswirkung von CSR wird dargelegt und ich werde aufzeigen, wie diese Effekte abge-schwächt werden können und welche Auswirkung das auf die Beamlinegestaltung hat. Zur Optimierung des Extraktionsbogens wurde der Downhill-Simplex-Algorithmus verwendet, welcher vorgestellt werden wird, zunächst in einer grundlegenden Form um sein Funktionsprinzip zu erklären, und dann in einer erweiterten Version, wie sie in dem angewendeten Programm eingesetzt wurde. Ich werde in dieser Dissertation den endgültigen Aufbau des Extraktionsbogens vorstellen, inklusive des darauf folgenden matching-Bereiches. Dieser Aufbau erfüllt alle gegebenen Anforderungen und kann die, für den FEL-Betrieb notwendige Elektronenstrahlqualität, bereitstellen. Um das zu belegen, werden Start-to-End Simulationen für verschiedene Elektronenpaketladungen und zwei verschiedene Wellenlängen vorgestellt.
In this thesis, I will deal with the design of the extraction arc for the second beam line of FLASH, an FEL (Free-Electron Laser) user facility at DESY Hamburg. Both beam lines will use the same linear accelerator and their separation will take place behind the last accelerating module. I will present the constraints for the extraction arc given by the beam line layout of the existing machine, by the building environment of the new beam line and in particular, by coherent synchrotron radiation (CSR). The impact from CSR will be presented and I will show how to mitigate these effects and what that means for the beam line design. The optimization of the extraction arc was done applying the downhill simplex algorithm which will be presented, first in its basic form to explain the operation principle and then in a more advanced version as used in the applied program. I will introduce in this thesis the final layout of the extraction arc including the following matching section. This layout fulfills all given constraints and can provide the required electron beam quality for FEL operation. In order to prove this, I will present start-to-end simulations for different bunch charges and for two different wave length.