Schweiz baut auf freie Elektronen
Der Bau des Freie-Elektronen-Lasers SwissFEL am Paul-Scherrer-Institut kann beginnen.
Freie-Elektronen-Röntgenlaser erlauben Einblicke in Prozesse und Strukturen, die sich anderen Methoden entziehen. Dazu gehören ultraschnelle chemische Reaktionen oder biologische Vorgänge, die sich Schritt für Schritt beobachten lassen. Ebenso wird es möglich, die Struktur lebenswichtiger Proteine oder den Aufbau von unterschiedlichsten Materialien detailliert zu entschlüsseln. Daraus können sich wichtige Anwendungen für Medizin oder Industrie ergeben.
In Europa soll nun neben dem in Hamburg im Bau befindlichen European XFEL ein Freie-Elektronen-Röntgenlaser in der Schweiz entstehen, der SwissFEL. Ende 2012 bewilligte das Schweizer Parlament dafür einen Verpflichtungskredit von rund 80 Millionen Franken. Nun liegen auch alle Baubewilligungen vor, sodass im April die Bauarbeiten beginnen können. Der SwissFEL entsteht in unmittelbarer Nähe des Paul-Scherrer-Instituts und soll sich über eine Länge mehr als 700 Metern erstrecken.
Die Technologien für den ersten Teil des SwissFEL-Beschleuniger werden im Tunnel des 250-MeV-Injektors getestet. (Foto: PSI / Frank Reiser)
Die Erzeugung des Röntgenlichts beginnt im Inneren der Elektronenkanone: Ein Lichtblitz setzt Elektronen aus einer Metallplatte frei, die dann ein elektrisches Feld im Linearbeschleuniger auf sechs Gigaelektronvolt beschleunigt. Bis zu 400 Pulse können pro Sekunde abgefeuert werden, wobei ein Puls aus rund einer Milliarde Elektronen besteht. Der 60 Meter lange Undulator aus insgesamt 26400 Magneten zwingt die Elektronen auf einen Slalomkurs, auf dem sie energiereiches Synchrotronlicht abgeben.
Die Brillanz, also die Zahl der Photonen pro Puls, beträgt bis zu fünf Billionen. Das sind Milliarden Mal mehr als bei der ebenfalls am PSI beheimateten Synchrotronlichtquelle SLS. Die Wellenlänge der Röntgenstrahlung liegt zwischen 0,1 und 1 Nanometer, und die Pulse sind 10 bis 60 Femtosekunden kurz. Damit lassen sich detaillierte Einblicke in unterschiedlichste Nanostrukturen und darin ablaufende physikalische Prozesse gewinnen. Daher sehen Physiker, Materialwissenschaftler, Chemiker und Biologen der Fertigstellung der Anlage voller Erwartungen entgegen. SwissFEL soll Forschergruppen aus Hochschulen und Industrie gleichermaßen dienen.
Bis Ende 2014 sollen der Gebäudeteil und die technische Infrastruktur fertiggestellt sein. Ab 2015 ist der Einbau der technischen Anlagen geplant, so dass der SwissFEL 2016 in Betrieb gehen könnte. Die Gesamtkosten der Großanlage von rund 275 Millionen Franken trägt größtenteils der Schweizer Bund. Der Kanton Aargau beteiligt sich mit 30 Millionen Franken an der Finanzierung.
Der SwissFEL wird weltweit der erste energieoptimierte Freie-Elektronen-Röntgenlaser sein. Der Stromverbrauch kann im Vergleich zu anderen Anlagen deutlich niedriger ausfallen, da die seine Abwärme in das Wärmenetz des PSI eingespeist werden soll.
PSI / Alexander Pawlak
