Röntgenblitze im Wald
Am Paul-Scherrer-Institut wurde der Freie-Elektronen-Laser SwissFEL eingeweiht.
Freie-Elektronen-Laser (FEL) können extrem kurze Röntgenpulse mit den vorteilhaften Eigenschaften von Laserlicht erzeugen. Damit lassen sich nicht nur extrem schnelle Vorgänge wie die Entstehung neuer Moleküle bei chemischen Reaktionen verfolgen, sondern auch die detaillierte Struktur biologisch oder medizinisch relevanter Makromoleküle entschlüsseln.
Am 5. Dezember 2016 hat das Paul Scherrer Institut PSI den SwissFEL in einem Festakt mit rund 400 Gästen aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft in Anwesenheit des Schweizer Bundespräsidenten Johann Schneider-Ammann eingeweiht. Damit ist die Schweiz das vierte Land weltweit, das einen leistungsstarken Freie-Elektronen-Laser beheimatet. Andere Röntgen-FEL-Anlagen befinden sich in den USA (LCLS), Japan (SACLA) und Deutschland, wo am 6. Oktober in Hamburg der European XFEL in Betrieb genommen wurde.
Die Erzeugung des Röntgenlichts beginnt im Inneren einer Elektronenkanone: Ein Lichtblitz setzt Elektronen aus einer Metallplatte frei, die ein elektrisches Feld in einem Linearbeschleuniger auf sechs Gigaelektronvolt beschleunigt. Bis zu 100 Pulse lassen sich pro Sekunde abfeuern, wobei ein Puls aus rund einer Milliarde Elektronen besteht. Der 60 Meter lange Undulator aus insgesamt 26.400 Magneten zwingt die Elektronen auf einen Slalomkurs, auf dem sie energiereiches Synchrotronlicht abgeben. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlung liegt beim SwissFELzwischen 0,1 und 7 Nanometer, und die Pulse sind wenige Femtosekunden kurz. Die Brillanz, eine Kenngröße für die Qualität der Strahlung, liegt rund zehn Milliarden Mal höher als bei der ebenfalls am PSI beheimateten Synchrotronlichtquelle SLS.
Kamerafahrt mit dem Fahrrad durch den 634 Meter langen Strahlkanal des Röntgenlasers SwissFEL (PSI)
Die Kosten des SwissFEL betragen rund 275 Millionen Franken und werden zum größten Teil vom Bund getragen. Der Kanton Aargau beteiligte sich mit 30 Millionen Franken aus seinem Swisslos-Fonds an der Finanzierung. „Der SwissFEL ist das ehrgeizigste Projekt, das wir je am PSI umgesetzt haben“, betonte PSI-Direktor Joël Mesot, der insbesondere der Gemeinde Würenlingen für die Unterstützung dankte. Aufgrund der extrem hohen Empfindlichkeit des SwissFEL auf Erschütterungen und Vibrationen erwies sich nämlich nur der jetzige Standort im Würenlinger Unterwald als geeignet. Hier galt es jedoch umfangreiche Naturschutzinteressen zu berücksichtigen.
Um den Lebensraum für Tiere und Pflanzen zu bewahren oder sogar neu zu schaffen, wurden große Teile des insgesamt 700 Meter langen SwissFEL unterirdisch gebaut. Der oberirdische Teil ist größtenteils mit Erde überdeckt. Der Verkehr zur Anlage soll auf ein Minimum reduziert bleiben, und zwei Wildübergänge stellen einen ungestörten Wildwechsel über die Anlage sicher. Der SwissFEL ist zudem der weltweit erste energieoptimierte Freie-Elektronen-Röntgenlaser. Seine Energiebilanz fällt im Vergleich zu anderen Anlagen deutlich besser aus, weil die entstehende Abwärme in das Wärmenetz des PSI eingespeist wird.
Alexander Pawlak / PSI
