Größter Röntgenlaser der Welt getestet

ANHANG-DETAILS Beschleunigertunnel-des-European-XFEL

Im September wird in Hamburg der größte Röntgenlaser der Welt offiziell in Betrieb genommen: European XFEL. Das Röntgenlaserlicht ist extrem intensiv und milliardenfach heller als bei herkömmlichen Synchrotron-Lichtquellen. Es erreicht eine atomare Auflösung, mit der Forscher Bilder und Filme im Nanokosmos aufnehmen können. Sie erhoffen sich neue Erkenntnisse zu Biomolekülen, chemischen Prozessen, katalytischen Verfahren oder der Materialforschung.

Ende April hat die 3,4 Kilometer lange Anlage das erste Röntgenlaserlicht erzeugt. Es hatte eine Wellenlänge von 0,8 Nanometern – etwa 500-mal kürzer als bei sichtbarem Licht. Der Laser setzte beim First Lasing einen Puls pro Sekunde, später werden es 27.000 pro Sekunde sein.

Erzeugt wird das European XFEL-Röntgenlicht mit einem Elektronenstrahl aus einem supraleitendenden Linearbeschleuniger – die Schlüsselkomponente des Röntgenlasers. In dem 2,1 Kilometer langen Beschleunigertunnel werden Elektronenpulse zunächst stark beschleunigt und für die spätere Erzeugung von Röntgenlicht vorbereitet. Mit annähernd Lichtgeschwindigkeit und sehr hoher Energie passieren die Elektronenpulse anschließend in einem Photonentunnel eine 210 Meter lange Strecke zur Röntgenlichterzeugung. Dabei wirken 17.290 Permanentmagnete abwechselnder Polung von oben und unten auf den Elektronenstrahl. Die Magnete dieser Anordnung bringen die Elektronenpakete auf einen engen Slalomkurs, auf dem sie in jeder Kurve extrem kurzwellige Röntgenstrahlung abgeben. Diese Strahlung verstärkt sich im Verlauf der Strecke lawinenartig.

Der European XFEL ist der größte und leistungsfähigste von fünf Röntgenlasern weltweit, die kurzwelliges, hartes Röntgenlicht erzeugen können. Er erzeugt bis zu 27.000 Lichtblitze, statt wie bisher maximal 120 pro Sekunde. Eine extrem hohe Spitzenleuchtstärke und der gleichzeitige Betrieb an mehreren Experimentierstationen werden es Wissenschaftlern ermöglichen, auch sehr kleine Probenmengen zu untersuchen und die Experimente schneller durchzuführen. Das spart u. a. wertvolle Strahlzeit, die an Röntgenlasern wegen der weltweit begrenzten Kapazitäten stark nachgefragt wird.

Anfang September soll der Röntgenlaser offiziell eröffnet werden. Anschließend werden externe Nutzer an den beiden ersten von zunächst sechs Experimentierstationen Versuche durchführen können.

Bild: Blick in den 2,1 Kilometer langen Beschleunigertunnel des European XFEL mit den gelben supraleitenden Beschleunigermodulen. Foto: DESY/Dirk Nölle