22.02.2024

Elektronen im Slalomkurs

Supraleitender Undulator am European XFEL mit Weltrekord.

Undulatoren gehören zu den wichtigsten Geräten für Freie-Elektronen-Laser wie den European XFEL in Schenefeld bei Hamburg. Mit Hilfe einer Reihe von starken Magneten erzeugt ein Undulator ein extrem brillantes Licht, indem er schnell bewegte Elektronen auf einen Slalomkurs zwingt. Gleichzeitig regen die Undulatoren die Elektronen dazu an, laserähnliche elektromagnetische Strahlung auszusenden.


Vergleich des supraleitenden Undulators (SCU) mit herkömmlichen Undulatoren
Abb.: Vergleich des supraleitenden Undulators (SCU) mit herkömmlichen Undulatoren (PMU: Permanentmagnet-Undulator; IVU: Permanentmagnet-Undulator im Vakuum; CPMU: stark gekühlte Permanentmagnet-Undulator). Der Stern zeigt den S-PRESSO Mock-Up.
Quelle: Grafik angepasst aus: S. Casalbuoni et al., Front. Phys.

Die Stärke der Magnete eines Undulators bestimmt die Abstimmbarkeit der für die Experimente verfügbaren Photonenenergien. In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY hat die Undulator Systems Group des European XFEL verschiedene Aktivitäten gestartet, um den Einsatz solcher supraleitender Undulatoren am European XFEL in den kommenden Jahren zu ermöglichen. Jetzt hat ein Team des European XFEL am Karlsruher Institut für Technologie einen von der Bilfinger Noell GmbH entwickelten und gebauten dreißig Zentimeter langen supraleitenden SpulenpUndulator Systems (S. Casalbuoni), European XFELrototypen getestet. Das Magnetfeld des S-PRESSO genannten Mock-ups hat zwei Tesla erreicht, ein Wert, der bei solchen Undulatoren noch nie erreicht wurde.

Der European XFEL plant den Einsatz solch supraleitender Undulatoren, um Röntgen-Laserstrahlen bei noch nie dagewesenen kurzen Wellenlängen und hohen Photonenenergien von über 50 Kiloelektronenvolt zu erreichen. Solche sehr harten Röntgenstrahlen sind etwa notwendig, um Prozesse zu untersuchen, die sich auf Zeitskalen von Mikrosekunden bis Femtosekunden abspielen und in schwer zugänglichen Probenumgebungen stattfinden. 

Röntgenlaser sind damit hervorragende Werkzeuge für die Erforschung von Biomolekülen, Medikamenten, festen Materialien oder sogar Quantenzuständen. Darüber hinaus sind sie ebenfalls bestens geeignet für die Mikroskopie von technologischen Prozessen mit hoher Energiedichte, etwa beim Schweißen oder in der Batterieforschung, sowie zur Untersuchung der Entwicklung und der Zustände im Inneren von Planeten, insbesondere von Gasriesen wie dem Neptun oder Uranus.

European XFEL / DE


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