Erstes Laserlicht am XFEL
Größter Röntgenlaser der Welt erreicht letzten großen Meilenstein vor der Eröffnung.
Der European XFEL in der Metropolregion Hamburg, der größte Röntgenlaser der Welt, hat den letzten großen Meilenstein vor der offiziellen Inbetriebnahme im September erreicht: Die 3,4 Kilometer lange Anlage, die sich zum größten Teil in unterirdischen Tunneln erstreckt, hat das erste Röntgenlaserlicht erzeugt. Das Röntgenlicht hatte eine Wellenlänge von 0,8 Nanometern. Der Laser erzeugte beim First Lasing einen Puls pro Sekunde, später werden es einmal 27000 pro Sekunde sein.
Abb.: Erstes Laserlicht im European XFEL, aufgezeichnet vom Röntgendetektor am Ende des Tunnels. (Bild: DESY)
European XFEL-Geschäftsführer Robert Feidenhans’l sagte: „ Auf diesen großen Moment haben unsere Partner und wir viele Jahre lang hin gearbeitet. Der European XFEL hat das erste Röntgenlaserlicht erzeugt. Die Anlage, in der das Know-how und Bauteile aus vielen Ländern der Welt stecken, hat ihren ersten großen Test mit Bravour bestanden. Dies ist auch ein großer Erfolg für wissenschaftliche Zusammenarbeit in Europa und darüber hinaus. Wir können nun damit beginnen, die Röntgenblitze über weltweit einzigartige Spiegel durch den letzten Tunnelabschnitt in die Experimentierhalle zu leiten und danach schrittweise die Experimentierstationen in Betrieb nehmen. Ich freue mich sehr auf den Start des internationalen Nutzerbetriebs, der für September geplant ist.“
Helmut Dosch, Vorsitzender des DESY-Direktoriums, sagte: „Der Europäische Röntgenlaser XFEL ist zum Leben erweckt worden. Mit dem ersten Laserlicht, das heute mit dem modernsten und leistungsstärksten Linearbeschleuniger der Welt erzeugt wurde, beginnt in Europa eine neue Ära der Forschung. Diese weltweit einzigartige Hightech-Anlage wurde in Rekordzeit und im gesetzten finanziellen Rahmen erbaut. Dies ist ein grandioser Erfolg der Wissenschaft. Der European XFEL wird uns gestochen scharfe Bilder des molekularen Aufbaus von neuen Materialien und Wirkstoffen und neuartige Live-Aufnahmen von biochemischen Reaktionen liefern.“
Das Röntgenlaserlicht des European XFEL ist extrem intensiv und milliardenfach heller als das von herkömmlichen Synchrotron-Lichtquellen. Die erreichbare Wellenlänge des Laserlichts entspricht in etwa der Größe von Atomen; man erreicht daher eine atomare Auflösung, mit der sich Bilder und Filme im Nanokosmos aufnehmen lassen – beispielsweise von Biomolekülen, die für die Entstehung von Krankheiten oder die Entwicklung von Therapien von Bedeutung sind. Weitere Einsatzgebiete sind die Untersuchung von chemischen Prozessen und katalytischen Verfahren, mit dem Ziel diese zu verbessern oder umweltfreundlicher zu machen, Materialforschung oder die Untersuchung von Zuständen, wie sie im Inneren von Planeten herrschen. Erzeugt wurde das European XFEL-Röntgenlicht mit einem Elektronenstrahl aus einem supraleitendenden Linearbeschleuniger, der Schlüsselkomponente des Röntgenlasers.
Abb.: Blick in den 2,1 Kilometer langen Beschleunigertunnel des European XFEL mit den gelben supraleitenden Beschleunigermodulen. (Bild: DESY / D. Nölle)
In einem 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 passierten die sehr intensiven Elektronenpulse nun erstmals in einem sich anschließenden Photonentunnel eine 210 Meter lange Strecke zur Röntgenlichterzeugung. Hier wirken 17290 Permanentmagnete abwechselnder Polung von oben und unten auf Elektronenstrahl ein. Die Magnete dieses Undulators bringen die Elektronenpakete auf einen engen Slalomkurs, auf dem sie in jeder Kurve extrem kurzwellige Röntgenstrahlung abgeben, die sich im Verlauf der Strecke lawinenartig verstärkt. Für das First Lasing wurde das Röntgenlicht kurz vor Erreichen der unterirdischen Experimentierhalle in Schenefeld im Tunnel aufgefangen und gemessen.
Der 3,4 Kilometer lange European XFEL ist der größte und leistungsfähigste von fünf Röntgenlasern weltweit, die kurzwelliges, hartes Röntgenlicht erzeugen können. Bis zu 27000 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. So sparen sie unter anderem wertvolle Strahlzeit, die an Röntgenlasern wegen der weltweit begrenzten Kapazitäten so stark nachgefragt wird, dass diese in der Regel mehrfach überbucht sind. Anfang September soll der Röntgenlaser offiziell eröffnet werden. Anschließend sollen externe Nutzer an den beiden ersten von zunächst sechs Experimentierstationen die ersten Experimente durchführen können.
XFEL / DESY / JOL
