Fortschritte für SESAME

Rund 60 Synchrotronquellen gibt es auf der Welt. Mit SESAME ist in Jordanien die erste Synchrotronquelle im Nahen und Mittleren Osten in Betrieb. In dieser schwierigen Region soll SESAME nach dem Vorbild von CERN durch wissenschaftliche Kooperation einen Beitrag zur Völkerverständigung leisten. Zu den Partnerländern gehören bislang Ägypten, Iran, Israel, Jordanien, Pakistan, Palästina, Türkei und Zypern.

SESAME steht für „Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East“ und stellt brillantes Röntgenlicht für die Forschung zur Verfügung. Am 22. November 2017 wurde das erste monochromatische Licht in einem von zwei Strahlrohren erzeugt.

Aus Zypern stammte die erste Nutzergruppe, die Mitte Juli für erste Experimente an der Spektroskopie-Beamline XAFS/XRF (X-ray absorption fine structure/X-ray fluorescence) nach Jordanien gekommen war. Die Gruppe um die Finnin Kirsi Lorentz vom Cyprus Institute hatte einen der 19 bewilligten Anträge aus fünf Ländern eingereicht – neben Zypern noch Ägypten, Jordanien, Pakistan und Türkei für XAFS/XRF.

Seit 14. November ist SESAME das erste assoziierte Mitglied von LEAPS (League of European Accelerator-Based Photon Sources). Das beschlossen die Mitglieder auf ihrer ersten Plenarsitzung, die am 12. und 14. November bei DESY stattfand. LEAPS ist ein strategisches Konsortium, das 2017 auf Initiative der Direktoren der Anwendereinrichtungen für Synchrotronstrahlung und Freie-Elektronen-Laser in Europa gegründet wurde.

„Das ist für SESAME eine große Ehre; die wissenschaftliche und technische Entwicklung von SESAME und die Sichtbarkeit des Zentrums werden von dieser Mitgliedschaft sehr profitieren“, sagte Rolf-Dieter Heuer, Präsident des SESAME-Rates, der die Beitrittserklärung zusammen mit Helmut Dosch, dem Vorsitzenden von LEAPS und Vorsitzenden des DESY-Direktoriums, unterzeichnet hat.

Bislang gibt es an SESAME vier Strahlrohre, nun soll ein fünftes Strahlrohr hinzukommen und „weiches“ Röntgenlicht im Energiebereich zwischen 70 eV und 1800 eV erzeugen. Dieses Röntgenlicht eignet sich besonders dafür, Oberflächen und Grenzflächen von unterschiedlichen Materialien zu untersuchen, bestimmte chemische und elektronische Prozesse zu beobachten oder Kulturschätze zerstörungsfrei zu analysieren.

Das neue Strahlrohr wird als Helmholtz-SESAME Beamline (HESEB) von den Helmholtz-Zentren DESY (Federführung), Forschungszentrum Jülich, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) sowie Karlsruher Institut für Technologie aufgebaut. Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert die Helmholtz-SESAME-Beamline mit 3,5 Millionen Euro.

Speziell mit dem HZB verbindet SESAME eine lange Vorgeschichte: Denn im Herzen von SESAME stecken auch einige Beschleuniger-Komponenten aus BESSY I, der Vorgängerquelle von BESSY II, die 1998 abgebaut wurde. Ein Team um Johannes Bahrdt am HZB hat auch die Aufgabe übernommen, einen Undulator für das neue Strahlrohr zu konstruieren und in Betrieb zu nehmen.

Undulatoren bestehen aus zwei sich gegenüberstehenden Anordnungen von Magneten, die die ultraschnellen Elektronenpakete zu einer wellenartigen Bewegung zwingen. Dabei geben die Elektronenpakete an jedem Umkehrpunkt der Welle Licht ab, das sich gegenseitig verstärkt, so dass ein laserartiger Strahl entsteht: das Synchrotronlicht.

Johannes Bahrdt hat bereits mehrere Undulator-Typen entwickelt, darunter auch den APPLE II UE56-Doppelundulator, der an BESSY II seit fast zwanzig Jahren sehr erfolgreich eingesetzt wird und brillantes Licht mit variabler Polarisation erzeugt. Damit lassen sich zum Beispiel magnetische Nanostrukturen untersuchen. Für SESAME wird nun ein UE56-Modul komplett umgebaut, mit neuen Magneten versehen und auf den neuesten Stand der Technik gebracht. Das Projekt startet Anfang 2019 und soll in vier Jahren abgeschlossen werden.

Alexander Pawlak