Erzeugung intensiver spinpolarisierter Elektronenstrahlen an der Beschleunigeranlage ELSA

An der Elektronen-Stretcher-Anlage ELSA des Physikalischen Instituts der Universität Bonn werden derzeit hadronenphysikalische Doppelpolarisationsexperimente im Rahmen des transregionalen Sonderforschungsbereichs SFB/TR 16 "Elektromagnetische Anregung subnuklearer Systeme" durchgeführt. Der für diese Untersuchungen benötigte spinpolarisierte Elektronenstrahl wird in der Quelle für polarisierte Elektronen durch Bestrahlung einer Strained-Layer-Superlattice-GaAs-Photokathode mit polarisiertem Laserlicht geeigneter Wellenlänge erzeugt und anschließend nach Durchlaufen mehrerer Beschleunigungsstufen zu den Experimenten geleitet. Damit die spinpolarisierten Elektronen die GaAs-Photokathode verlassen können, muss die Austrittsarbeit durch Aufdampfen einer monoatomaren Lage aus Cäsium und Sauerstoff auf die Oberfläche der Kathode verringert werden. Bestimmte Restgasmoleküle lagern sich bevorzugt an dieser Cäsium/Sauerstoff-Schicht an, wodurch die Austrittsarbeit wieder ansteigt, bis keine Emission mehr möglich ist. Danach muss die Kathode gereinigt und wieder erneut bedampft werden. Um eine lange Einsatzzeit der Kathode zu gewährleisten, muss sich diese während des Betriebes ständig innerhalb eines Systems unter extremen Hochvakuum befinden, so dass die Anzahl der oben genannten Moleküle möglichst gering gehalten wird. Dies kann nur mit Hilfe eines Schleusensystems erreicht werden, welches das Einbringen, das Bedampfen und die Lagerung von Photokathoden ohne Belüften der Betriebskammer ermöglicht. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das einstufige Schleusensystem der Quelle für polarisierte Elektronen durch ein neues, aus drei Kammern bestehendes System ersetzt. Die Aktivierungskammer dient zur Reinigung mit einer Strahlungsheizung und zum Bedampfen mit Cäsium und Sauerstoff, die Vorratskammer zur Lagerung und die Ladekammer zum Einbringen neuer Photokathoden. Zusätzlich kann durch den Beschuss der Photokathode mit atomarem Wasserstoff in der Ladekammer ein besseres Reinigungsergebnis bezüglich der Reinheit und Qualität der Oberfläche als durch die Reinigung mit Hitze alleine erzielt werden. Durch den Aufbau und die erfolgreiche Inbetriebnahme aller Elemente des neuen Schleusensystems ist es nun möglich bis zu drei Kathoden gleichzeitig unter extremen Hochvakuumbedingungen aufzubewahren, diese während des Betriebs zu reinigen und zu bedampfen. Dadurch wurde die Verfügbarkeit und die Zuverlässigkeit der Quelle für polarisierte Elektronen erhöht. Weiterhin konnte die Einheit für die Reinigung mit atomarem Wasserstoff in Betrieb genommen und erfolgreich an den Photokathoden getestet werden. Dieses neue Reinigungsverfahren führt zu einer deutlich längeren Verwendungsdauer der im System befindlichen Kathoden bevor diese ausgetauscht werden müssen. Parallel zur Konzeption, dem Aufbau und der Inbetriebnahme des neuen Schleusensystems wurden im Rahmen dieser Arbeit sowohl theoretische als auch praktische Untersuchungen zu einer Intensitätserhöhung des Elektronenstrahls durchgeführt. Eine Stromerhöhung an der Quelle wirkt sich direkt auf den, den Experimenten zur Verfügung gestellten, Strahlstrom aus. Dies ist für den zukünftigen Beschleunigerbetrieb sowie die Durchführung geplanter hadronenphysikalischer Experimente gewünscht und erforderlich. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Erzeugung eines Strahls mit 200,mA Strom und dessen Transport zur ersten Beschleunigungsstufe möglich ist.Generation of spin-polarized electron beams at the electron accelerator ELSA The inverted source of polarized electrons at the electron accelerator ELSA in Bonn routinely provides a pulsed and low energetic beam of polarized electrons (100 mA, 48 keV) by irradiating a GaAs strained-layer superlattice photocathode with laser light. Due to the beam energy of 48 keV the beam transport to the linear accelerator is strongly space charge dominated and the actual beam current has an impact on the beam dynamics. Thus, the optics of the transfer line to the linear accelerator must be optimized with respect to the chosen beam intensity. An intensity upgrade including numerical simulations of the beam transport as well as a generation and a transport of a beam current of nearly 200 mA was successfully operated. In order to enhance the reliability and uptime of the source, a new extreme high vacuum load lock system was installed and commissioned. It consists of an activation chamber for heat cleaning of the photocathodes and activation with cesium and oxygen, a storage in which different types of photocathodes can be stored and a loading chamber in which an atomic hydrogen source is used to remove nearly any remaining surface oxidation. The new cleaning procedure with atomic hydrogen was investigated regarding its potential to restore the initial quantum efficiency of the photocathode after many activations

A Novel Deep Learning Model as a Donor-Recipient Matching Tool to Predict Survival after Liver Transplantation

Background: The digital era in the field of medicine is the new here and now. Artificial intelligence has entered many fields of medicine and is recently emerging in the field of organ transplantation. Solid organs remain a scarce resource. Being able to predict the outcome after liver transplantation promises to solve one of the long-standing problems within organ transplantation. What is the perfect donor recipient match? Within this work we developed and validated a novel deep-learning-based donor-recipient allocation system for liver transplantation. Method: In this study we used data collected from all liver transplant patients between 2004 and 2019 at the university transplantation centre in Munich. We aimed to design a transparent and interpretable deep learning framework to predict the outcome after liver transplantation. An individually designed neural network was developed to meet the unique requirements of transplantation data. The metrics used to determine the model quality and its level of performance are accuracy, cross-entropy loss, and F1 score as well as AUC score. Results: A total of 529 transplantations with a total of 1058 matching donor and recipient observations were added into the database. The combined prediction of all outcome parameters was 95.8% accurate (cross-entropy loss of 0.042). The prediction of death within the hospital was 94.3% accurate (cross-entropy loss of 0.057). The overall F1 score was 0.899 on average, whereas the overall AUC score was 0.940. Conclusion: With the achieved results, the network serves as a reliable tool to predict survival. It adds new insight into the potential of deep learning to assist medical decisions. Especially in the field of transplantation, an AUC Score of 94% is very valuable. This neuronal network is unique as it utilizes transparent and easily interpretable data to predict the outcome after liver transplantation. Further validation must be performed prior to utilization in a clinical context

Beam and spin dynamics in the fast ramping storage ring ELSA: Concepts and measures to increase beam energy, current and polarization

The electron accelerator facility ELSA has been operated for almost 30 years serving nuclear physics experiments investigating the sub-nuclear structure of matter. Within the 12 years funding period of the collaborative research center SFB/TR 16, linearly and circularly polarized photon beams with energies up to more than 3 GeV were successfully delivered to photoproduction experiments. In order to fulfill the increasing demands on beam polarization and intensity, a comprehensive research and upgrade program has been carried out. Beam and spin dynamics have been studied theoretically and experimentally, and sophisticated new devices have been developed and installed. The improvements led to a significant increase of the available beam polarization and intensity. A further increase of beam energy seems feasible with the implementation of superconducting cavities

Beam and spin dynamics in the fast ramping storage ring ELSA: Concepts and measures to increase beam energy, current and polarization

The electron accelerator facility ELSA has been operated for almost 30 years serving nuclear physics experiments investigating the sub-nuclear structure of matter. Within the 12 years funding period of the collaborative research center SFB/TR 16, linearly and circularly polarized photon beams with energies up to more than 3 GeV were successfully delivered to photoproduction experiments. In order to fulfill the increasing demands on beam polarization and intensity, a comprehensive research and upgrade program has been carried out. Beam and spin dynamics have been studied theoretically and experimentally, and sophisticated new devices have been developed and installed. The improvements led to a significant increase of the available beam polarization and intensity. A further increase of beam energy seems feasible with the implementation of superconducting cavities