Bildung und Untersuchung stratosphärisch relevanter fester Phasen in der AIDA Aerosolkammer

An einer großen Aerosolkammer können Bildungsprozesse atmosphärisch relevanter fester Phasen von Aerosolen untersucht werden. Genaue Messungen der Teilchenzusammensetzung sowie ihrer zeitlicher Änderungen unter kontrollierbaren Bedingungen können mit einem Aerosolstrahlmassenspektrometer durchgeführt werden. Dazu werden die Teilchen von dem umgebenden Gas mittels einer aerodynamischen Linse in einem differentiell gepumpten Kammersystem getrennt und abschließend verdampft. Das so entstandene Gas wird mit einem Quadrupolmassenspektrometer nachgewiesen. Adiabatische Kühlprozesse, wie sie in Leewellen in der Atmosphäre beobachtet wurden und für die Bildung von Zirren in der Troposphäre sowie von PSC's in der Stratosphäre mitverantwortlich sind, können durch eine geeignete Pumptechnik in der Aerosolkammer simuliert werden. Dabei führt eine eisbeschichtete Kammerwand zur Übersättigung des Aerosolsystems gegenüber Eis und zur Möglichkeit der homogenen Eisnukleation. Experimente zur Untersuchung homogener Nukleation wurden mit flüssigen binären H2SO4/H2O Aerosolen bzw. mit ternären HNO3/H20/H2SO4 Aerosolen durchgeführt. Der Zeitpunkt des induzierten Phasenübergangs wurde während einer Leewellensimulation genau bestimmt und daraus die Eisübersättigung zu diesen Zeitpunkt abgeleitet. Es wurden für das binäre und das ternäre System Eisübersättigungen von 1,65 bei 189 K bzw. 1,62 bei 184 K ermittelt. Durch diese Messungen konnte die Gültigkeit von Modellrechnungen für die Bestimmung der Eisübersättigung bestätigt werden

Influence of linear fluctuations on low- and high-gain Cherenkov FELs

In a previous study it was shown that irregularities in the liner result in phase fluctuations of the ponderomotive potential which affects the gain of a low energy Cerenkov FEL. Here we investigate numerically how sensitive a Cerenkov FEL is to such fluctuations when operating in different gain regimes. Imperfections in the dielectric liner of a Cherenkov Free-Electron Laser (CFEL) result in fluctuations in the phase velocity of a radiation wave when it propagates through the lined waveguide. Random fluctuations in the phase velocity reduce the bunching of the electrons and consequently lower the gain of CFELs. Here we theoretically investigate the influence of these liner-induced phase fluctuations in the radiation field on the saturated power of low to high gain CFELs. To obtain different gain regimes, we keep the electron beam radius constant and vary the current density. As an example, we study a 50 GHz CFEL and quantify the reduction in the single-pass saturated power for different rms liner fluctuations when the CFEL is driven by an electron beam with current densities varying from 1 A/cm2 (average gain of 0.43 dB/cm) to 25 A/cm2 (average gain of 1.39 dB/cm)

FEL-Oscillator simulations with Genesis 1.3

Modeling free-electron laser (FEL) oscillators requires calculation of both the light-beam interaction within the undulator and the propagation of the light outside the undulator. We present a paraxial Optical Propagation Code (OPC) based on the Spectral Method and Fresnel Diffraction Integral, which in combination with Genesis 1.3 can be used to perform either steady-state or time-dependent FEL oscillator simulations. A flexible scripting interface is used both to describe the optical resonator and to control the codes for propagation and amplification. OPC enables modeling of complex resonator designs that may include hard-edge elements (apertures) or hole-coupled mirrors with arbitrary shapes. Some capabilities of OPC are illustrated using the FELIX system as an example