Teams van de versnellerfysica en de SRF-groepen van de HZB ontwikkelen een supergeleidende lineaire versneller met energieterugwinning (Energy Recovery Linac) als onderdeel van het bERLinPro-project. Het versnelt een intense elektronenstraal die kan worden gebruikt voor toepassingen zoals het genereren van briljante synchrotronstraling. Na gebruik, de elektronenbundels worden teruggeleid naar de supergeleidende lineaire versneller, waar ze bijna al hun resterende energie vrijgeven. Deze energie is dan beschikbaar voor het versnellen van nieuwe elektronenbundels.

Een cruciaal onderdeel van het ontwerp is de elektronenbron. Elektronen worden gegenereerd door een fotokathode te belichten met een groene laserstraal. De kwantumefficiëntie, zoals dat heet, geeft aan hoeveel elektronen het fotokathodemateriaal uitzendt bij bestraling bij een bepaalde lasergolflengte en -vermogen. Bialkali-antimoniden vertonen een bijzonder hoge kwantumefficiëntie in het gebied van zichtbaar licht. Echter, dunne films van deze materialen zijn zeer reactief en daarom zeer gevoelig, ze werken dus alleen bij ultrahoog vacuüm.

Een HZB-team onder leiding van Martin Schmeißer, Dr. Julius Kuhn, Dr. Sonal Mistry en Prof. Thorsten Kamps hebben de prestaties van de fotokathode nu sterk verbeterd om deze klaar te maken voor gebruik met beRLinPro. Ze wijzigden het fabricageproces voor de fotokathoden van cesium-kalium-antimonide op een molybdeensubstraat. Het nieuwe proces levert de gewenste hoge kwantumefficiëntie en stabiliteit. Studies hebben aangetoond dat de fotokathoden niet degraderen, zelfs bij lage temperaturen. Dit is een essentiële voorwaarde voor werking binnen een supergeleidende elektronenbron, waar de kathode moet werken bij temperaturen ver onder nul.

De natuurkundigen konden deze prestatie aantonen met gedetailleerde studies:zelfs na transport via het fotokathodeoverdrachtssysteem en introductie in de foto-injector van de SRF, de kwantumefficiëntie van de fotokathode was nog steeds ongeveer vijf keer hoger dan nodig om de maximale elektronenstraalstroom te bereiken die nodig is voor bERLinPro.

"Een belangrijke mijlpaal voor bERLinPro is bereikt. We hebben nu de fotokathoden beschikbaar om in 2019 de eerste elektronenstraal van onze SRF-fotoinjector bij beRLinPro te genereren, " zegt prof. Andreas Jankowiak, hoofd van het HZB Instituut voor Versnellingsfysica.