Beschleunigeranlage DELTA
Als Institut wurde DELTA Ende 1989 gegründet. Im Juni 1992 war das Gebäude fertiggestellt. Ende 1994 wurde begonnen, den Linearbeschleuniger in Betrieb zu nehmen, damals noch bei einer Elektronenenergie von 70 MeV.
Am 24. März 1995 konnte zum ersten Mal ein Elektronenstrahl im Booster-Synchrotron BoDo bei niedriger Energie gespeichert werden. Die erste Beschleunigung bis auf 1,17 GeV gelang am 17. November 1995.
Der Aufbau des Speicherrings war am 15. Mai 1996 beendet und bereits drei Monate später, am 16. August 1996, konnte zum ersten Mal erfolgreich ein Elektronenstrahl aus BoDo extrahiert und gespeichert werden. Die Strahllebensdauer betrug damals ca. 1,5 Stunden. Die anschließende Testphase fand bei einer Energie von 960 MeV statt.
Die erste Akkumulation auf einen Strom von 6,5 mA im Speicherring gelang am 30. September 1996. Im Januar 1997 wurden 18 mA bei Lebensdauern von etwa 5 Stunden erreicht und Lebensdauern von etwa 5 Stunden gemessen.
Am 3. Februar 1997 wurde auf eine Strahlenergie von 1,4 GeV umgestellt. Zur Erreichung der vorgesehenen Sollenergie von 1,5 GeV fehlten damals noch notwendige Netzgeräte.
Im August 1997 wurde ein Maximalstrom von 157 mA akkumuliert. Bei 30 mA lag die Strahllebensdauer über 10 Stunden. Der Speicherring war dabei mit 16 Zügen zu je 5 Elektronenpaketen gefüllt. Damit wurde die Testphase von DELTA beendet und zu einer Optik mit kleinerer Emittanz und damit kleinerem Strahlquerschnitt gewechselt.
Am 3. September 1997 gelang erstmals die testweise Akkumulation im Synchrotron BoDo über mehrere Beschleunigungszyklen bis 1,0 GeV.
Ab Mitte Oktober 1997 wurde zur Vorbereitung des Betriebs mit einem Freie-Elektronen-Laser (FEL) auf die niedrigere Energie von 450 MeV gewechselt, die sich hinsichtlich Paketlänge, Spitzenstrom und Emittanz als günstig erwiesen hatte. In diesem Betriebsmodus wurde der Speicherring nur mit 1, 2 oder 4 Einzekpaketen gefüllt, die einen möglichst hohen Spitzenstrom haben mussten. Der Sollwert des Spitzenstroms von 90 A wurde im Januar 1998 erreicht. Der maximal erreichte Strom im Einzelpaketbetrieb betrug 30 mA, womit der für den FEL-Betrieb notwendige Strom um mehr als einen Faktor 4 übertroffen wurde.
Im Januar und Februar 1998 wurde eine Pause im Strahlbetrieb eingelegt, um technische Erweiterungen für den 1,5 GeV-Betrieb vorzunehmen. In dieser Zeit wurde auch der supraleitende asymmetrische Wigger SAW geliefert.
Am 11. März 1998 wurde DELTA mit gespeichertem Strahl von 1,3 GeV auf 1,5 GeV hochgefahren. Die direkte Injektion bei 1,5 GeV mit erfolgreicher Speicherung des Strahls gelang am 17. März 1998. Am 31. März 1998 wurden 28 mA erreicht. Die Strahllebensdauer betrug 2,5 Stunden.
Von Mitte April bis Mitte Juni 1998 fanden zur weiteren Vorbereitung des FEL-Betriebes Messungen bei 450 MeV statt. Unter anderem wurden mittels einer leihweise zur Verfügung gestellten Streak-Kamera die Positionen und Abstände der FEL-Spiegel vermessen und justiert.
Im Mai 1998 wurde der Permanentmagnetundulator U55 geliefert. Am 1. Juli 1998 wurde ein Strahlstrom von 55 mA einer Energie von 1,5 GeV erreicht. Bei höheren Strömen erwärmte die Synchrotronstrahlung die Vakuumkammer derart, dass sie sich verformte und die Quadrupolmagnete verschob, was schließlich zum Strahlverlust führte. Nach der Inbetriebnahme der Wasserkühlung für die Vakuumkammer wurde am 15. Juli 1998 ein Strom von 159 mA mit einem Zug von 4 Elektronenpaketen erreicht.
Nach einer dreiwöchigen Pause mit Arbeiten an der Elektronenquelle und dem Vakuumsystem verkürzte sich die Akkumulationszeit auf ca. 35 Minuten für 100 mA. Die Strahllebensdauer betrug hierbei 6,5 Stunden und 4 Stunden bei 150 mA.
Am 10. September 1998 hat DELTA erstmals die 300-mA-Marke überschritten. Es wurde ein maximaler Strahlstrom von 315 mA erreicht. Die Lebensdauer hatte sich auf 5 Stunden bei 200 mA erhöht.
Anfang 1999 wurde wieder zum 450-MeV-Betrieb gewechselt und am 28. Januar 1999 um 14:12 Uhr mit dem FEL am elektromagnetischen Undulator U250 „first lasing“ erreicht.
Nachdem der Speicherring bislang nur mit einem DORIS-Hochfrequenzresonator betrieben wurde, der seine Leistung von einem Klystron bezog, wurde im Dezember 2017 im Hinblick auf einen supraleitenden Wiggler höherer Leistung ein zweiter Resonator geliefert (sog. EU-Resonator, gespeist von einem Halbleiterverstärker). Nach umfangreichen Installationsarbeiten wurde im Frühjahr 2018 der Betrieb mit zwei Resonatoren aufgenommen.
Am 24. Juli 2018 wurde der 7-T-Wiggler SCW geliefert. Nach der Montage und dem Kaltfahren des Wigglers mit flüssigem Helium wurde am 03. August 2018 ein Magnetfeld von 7,2 T erreicht. Aufgrund fehlender Vakuumkomponenten und der COVID-19-Pandemie verzögerte sich die Installation des SCW im Speicherring. Sie wurde im Oktober 2020 von DELTA-Personal vorgenommen, da die vorgesehene Anreise von Personal des Herstellers pandemiebedingt nicht möglich war.
Die Pandemie beeinflusste ab Anfang 2020 auch den Nutzerbetrieb von DELTA. Im ersten Jahr der Pandemie mussten 14 Wochen Strahlzeit, im zweiten Jahr noch 5 Wochen gestrichen werden.
Im Sommer 2022 wurde der elektromagnetische Undulator für EEHG (echo-enabled harmonic generation) umgebaut. EEHG ist ein Verfahren für FELs und zur Erzeugung ultrakurzer Pulse mit einer zweifachen Laser-Elektronen-Wechselwirkung. Am 16. September 2022 wurde die erste kohärente Emission durch Zusammenwirken zweier Laserpulse nachgewiesen. DELTA ist weltweit der erste Speicherring, an dem EEHG implementiert wurde.
Im Verlauf des Jahres 2022 konnte die auf 100 mA Strom bezogene Strahllebensdauer von typisch 15 auf über 30 Stunden gesteigert werden. Neben dem Einsatz eines zweiten Resonators sowie mehrjährigen Arbeiten zur Vermessung und Neujustage der Speicherringkomponenten führte das Ausheizen der Vakuumpumpen zu einem deutlich besseren Restgasdruck in der Vakuumkammer.
Zur Reduzierung der Stromkosten wurde der Speicherring ab Ende 2022 nur noch mit einem Resonator betrieben, wobei die Strahllebensdauer bei einem reduzierten Magnetfeld des Wigglers von 5 T immer noch ca. 25 Stunden beträgt.
Am 17.02.2023 wurde der Speicherring erstmals mit einem einzigen Elektron betrieben, um die Quantennatur der Synchrotronstrahlung mit einzelnen Photonen zu untersuchen.