11.07.2023

Grüne Laserblitze am laufenden Band

Neuer Laser DiPOLE 100-X geht am European XFEL an den Start.

European XFEL hat einen hochmodernen Laser in Betrieb genommen und für ein erstes Nutzer­experiment eingesetzt. Der neue Laser DiPOLE 100-X ebnet den Weg für neue wissenschaftliche Erkenntnisse. Er liefert extrem leistungs­starke grüne Lichtblitze, mit denen Materie in extreme Zustände versetzt werden kann, so dass Wissenschaftler ihr Verhalten bei hohen Temperaturen und Drücken untersuchen können. Am ersten Benutzer­experiment waren über 100 internationale Forscher beteiligt.

 

Abb.: Der neue DiPOLE-Laser an der HED-Experimentier­station (Bild: HZDR)
Abb.: Der neue DiPOLE-Laser an der HED-Experimentier­station (Bild: HZDR)

DiPOLE ist ein diodengepumpter optischer Laser für Experimente. Dieser neue Lasertyp kann sehr effizient hoch­energetische grüne Lichtblitze erzeugen. Erstmalig wurde ein solcher hochmoderner Laser Ende 2022 am European XFEL aufgebaut und betrieben. Entwickelt wurde der Laser von Wissenschaftlern an der Central Laser Facility (CLF) des Science and Technology Facilities Council in Großbritannien im Rahmen des HiBEF-Nutzer­konsortiums. Pro Sekunde kann er bis zu zehn Hoch­energiepulse abgeben. Die leistungsstarken Pulse sind nur wenige Nanosekunden lang und erzeugen intensive Schockwellen in verschiedenen Arten von Materie.

„Die Hochenergiepulse von DiPOLE ermöglichen es uns, in sehr kurzer Zeit Bedingungen mit Drücken von bis zu 10 000 Tonnen pro Quadratzentimeter und Temperaturen von über 10 000 Grad zu erzeugen“, sagt Erik Brambrink, Hoch­energielaser-Wissenschaftler am European XFEL, der den DiPOLE-Laser gemeinsam mit Kollegen von European XFEL, dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und DESY in die HED-Experimentier­station integriert hat. 10.000 Tonnen pro Quadrat­zentimeter entsprechen dem Gewicht eines Flugzeug­trägers auf einem Tennisball. „Dies ermöglicht die Untersuchung eines breiten Spektrums von Phänomenen, von der Erforschung des Verhaltens von Materie im Inneren von Planeten bis hin zu Materialversagen in industriellen Anwendungen.“

Die Erforschung extremer Materie­zustände eröffnet ein neues wissenschaftliches Forschungsfeld und ermöglicht es, Materie­zustände zu erzeugen, die nur auf fernen Exoplaneten oder tief im Inneren der Erde existieren. DiPOLE wird in Kombination mit den ultrakurzen Röntgen­pulsen des European XFEL solche Untersuchungen und aufgrund der stark erhöhten Anzahl von Pulsen pro Sekunde effizientere Messungen ermöglichen.

Die Nutzer des European XFEL profitieren bereits von dem DiPOLE 100-X-Laser. Im vergangenen Monat wurde das erste Nutzer­experiment mit DiPOLE erfolgreich abgeschlossen. Mit dem Gemeinschafts­projekt von über 100 Forschern aus aller Welt sollte DiPOLE an seine Grenzen gebracht werden, um zu untersuchen, wie sich verschiedene Materialien unter hohem Druck und hohen Temperaturen verändern. In den kommenden zwölf Monaten werden Wissenschaftler DiPOLE für weitere Studien an anderen wichtigen Materialien einsetzen, zum Beispiel an kohlenstoffbasierten Strukturen wie Diamant, und nach Übergängen wie der Umwandlung von einem festen in einen flüssigen Zustand suchen.

„Mit DiPOLE können wir mit Leichtigkeit extreme Zustände erhalten, und in Kombination mit den extrem kurzen, hoch­energetischen Röntgen­pulsen von European XFEL können wir das Verhalten dieser Zustände verstehen, und wie sie sich innerhalb von wenigen Milliardstel Sekunden verändern", sagt der Leiter der Forschungs­kollaboration Professor Malcolm McMahon von der Universität Edinburgh. „Die Fähigkeit von DiPOLE, bis zu zehnmal pro Sekunde zu feuern, ermöglicht es uns, viel mehr Aufnahmen zu machen als in anderen Einrichtungen, und das ist ein enormer Vorteil in der Spitzenforschung".

European XFEL / DE

 

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