Grü­nes Licht für den Me­ga-La­ser

Un gi­gan­tes­que la­ser à rayons X pour mieux ob­ser­ver l’in­fi­ni­ment pe­tit

Vocable (Allemagne) - - Édito Sommaire - VON MAN­FRED LIN­DIN­GER

Plus de 120 ans après la dé­cou­ver­te des rayons X par Wil­helm Rönt­gen, l’Eu­ro­pean XFEL, le la­ser à rayons X à élec­trons li­bres le plus puis­sant ja­mais conçu, a été in­au­gu­ré à Sche­ne­feld, au nord-ouest de Ham­bourg. Fi­nan­cé par 12 pays eu­ro­péens, cet in­stru­ment per­met­t­ra d'al­ler beau­coup plus lo­in dans l’ob­ser­va­ti­on de l’in­fi­ni­ment pe­tit.

Nach ei­ner Bau­zeit von zehn Jah­ren wur­de in Ham­burg der welt­weit größ­te Rönt­gen­la­ser, der Eu­ro­pean XFEL, of­fi­zi­ell in Be­trieb ge­nom­men. Die An­la­ge gilt als ei­nes der größ­ten For­schungs­vor­ha­ben der letz­ten Jah­re in Eu­ro­pa und hat rund 1,5 Mil­li­ar­den Eu­ro ver­schlun­gen. Sym­bo­lisch drück­te am Frei­tag For­schungs­mi­nis­te­rin Jo­han­na Wan­ka (CDU) auf den Ro­ten

Knopf und über­gab das Me­ga­pro­jekt sei­ner Be­stim­mung.

2. Die Licht­quel­le er­zeugt en­er­gie­rei­che Strah­lungs­pul­se mit Wel­len­län­gen von we­ni­ger als ei­nem Na­no­me­ter. Zum Ver­gleich: Der Wel­len­län­gen­be­reich von sicht­ba­rem Licht er­streckt sich von 800 bis

400 Na­no­me­tern. Der „Freie Elek­tro­nen La­ser im Rönt­gen­be­reich“wird bei vol­ler Leis­tung bril­lan­te Licht­blit­ze er­zeu­gen, die mit ei­ner Dau­er von we­ni­gen Fem­to­se­kun­den (Bil­li­ards­tel Se­kun­den) auch ex­trem kurz sind. Der XFEL feu­ert pro Se­kun­de 27.000 sol­cher Rönt­gen­pul­se ab, was die Licht­quel­le so ein­zig­ar­tig macht.

ELEK­TRO­NEN DURCH­LAU­FEN MA­GNE­TI­SCHEN PAR­COURS

3. Da die er­reich­ba­re Wel­len­län­ge des Rönt­gen­lichts et­wa der Grö­ße von Ato­men ent­spricht, kön­nen For­scher ver­schie­de­ner Dis­zi­pli­nen die kleins­ten Struk­tu­ren ih­rer Pro­ben ab­bil­den oder fil­men. So las­sen sich dank der ex­trem ho­hen Puls­ra­te che­mi­sche Re­ak­tio­nen in Echt­zeit und auf ato­ma­rer Ebe­ne be­ob­ach­ten und fil­men oder ex­trem de­tail­rei­che 3D-Bil­der von Bio­mo­le­kü­len wie Pro­te­inen und DNA-Ab­schnit­ten so­wie von Vi­ren an­fer­ti­gen. Ma­te­ri­al­for­scher er­hal­ten mit den Licht­blit­zen tie­fe Ein­bli­cke in die che­mi­sche und phy­si­ka­li­sche Be­schaf­fen­heit ih­rer Werk­stof­fe. Ne­ben Phy­si­kern, Che­mi­kern, Bio­lo­gen und Me­di­zi­nern pro­fi­tie­ren auch Archäo­lo­gen und Um­welt­wis­sen­schaft­ler vom XFEL, kön­nen sie doch dort eben­falls ih­re Pro­ben so de­tail­liert un­ter­su­chen, wie fast nir­gend­wo an­ders auf der Welt.

EI­NE EIN­ZIG­AR­TI­GE LICHT­QUEL­LE

4. Die An­la­ge in Ham­burg ist ins­ge­samt 3,4 Ki­lo­me­ter lang und er­streckt sich größ­ten­teils un­ter­ir­disch in ei­nem Tun­nel­sys­tem zwi­schen Ham­burg und Sche­ne­feld. Sie be­steht aus ei­nem 1,8 Ki­lo­me­ter lan­gen Li­ne­ar­be­schleu­ni­ger. Dar­in wer­den Elek­tro­nen auf ho­he Ener­gi­en ge­bracht wer­den, be­vor man sie durch ei­nen 120 Me­ter lan­gen Par­cours aus un­zäh­li­gen Ma­gne­ten schickt. Die Ma­gne­te füh­ren die Elek­tro­nen auf ei­ne wel­len­för­mi­ge Bahn, auf der sie ge­puls­te ko­hä­ren­te Rönt­gen­strah­lung aus­sen­den. Da die Rönt­gen­pul­se ähn­li­che Ei­gen­schaf­ten wie La­ser- strah­len ha­ben, spricht man bei der An­la­ge auch von ei­nem Rönt­gen­la­ser.

5. Das ent­ste­hen­de Rönt­gen­licht wird dann zu den Ex­pe­ri­men­tier­plät­zen ge­lei­tet, wo die Wis­sen­schaft­ler mit ih­ren Ma­te­ri­al­pro­ben war­ten. Bis­lang sind zwei sol­cher Ar­beits­plät­ze ein­ge­rich­tet, an de­nen meh­re­re For­scher­grup­pen for­schen kön­nen.Vier wei­te­re

sol­len bald fol­gen.

6. Ge­tra­gen wird der XFEL von elf eu­ro­päi­schen Län­dern. Deutsch­land zahlt 58 Pro­zent der Kos­ten. Al­len di­plo­ma­ti­schen Kri­sen zum Trotz ist Russ­land mit 27 Pro­zent be­tei­ligt. An­de­re Län­der wie Frank­reich, Dä­ne­mark, Ita­li­en, Po­len und Spa­ni­en sind mit bis zu drei Pro­zent be­tei­ligt. Trä­ger ist ei­ne ge­mein­nüt­zi­ge Gm­bH. Rund 300 Mit­ar­bei­ter sind beim XFEL be­schäf­tigt.

7. Um den Ener­gie­be­darf der An­la­ge mög­lichst ge­ring zu hal­ten und die Elek­tro­nen gleich­zei­tig auf ho­he Ge­schwin­dig­kei­ten be­schleu­ni­gen zu kön­nen, ha­ben die Konst- ruk­teu­re auf su­pra­lei­ten­de Hohl­raum­re­so­na­tor-Tech­nik ge­setzt. Als Ma­te­ri­al nutzt man das Ma­te­ri­al Ni­ob, das, wenn man es auf mi­nus 271 Grad kühlt, jeg­li­chen elek­tri­schen Wi­der­stand ver­liert. Strom fließt dann oh­ne Ver­lus­te, was die Be­triebs­kos­ten re­du­ziert.

8. Nur zwei ähn­li­che An­la­gen gibt es noch in der Welt. Im ka­li­for­ni­schen St­an­ford steht die „Li­n­ac Co­he­rent Light Sour­ce“(LCLS) und in Ja­pan der SACLA-Rönt­gen­la­ser. Der XFEL in Ham­burg kann je­doch deut­lich bril­lan­te­res Rönt­gen­licht und mehr Pul­se pro Se­kun­de er­zeu­gen. Au­ßer­dem sei die Ef­fi­zi­enz an ver­wert­ba­ren Licht­blit­zen hö­her, sa­gen die die Be­trei­ber. Ob er hält, was man sich ver­spricht, wer­den die Ex­pe­ri­men­te in kom­men­den Jah­ren zei­gen.

Der XFEL feu­ert pro Se­kun­de 27.000 sol­cher Rönt­gen­pul­se ab, was die Licht­quel­le so ein­zig­ar­tig macht.

(© XFEL)

So sieht der Eu­ro­pean X-Ray Free Elec­tron La­ser (XFEL) von in­nen aus.

(© dpa / Axel Heim­ken)

La­ser-Gruß von der Elb­phil­har­mo­nie für den Rönt­gen­la­ser Eu­ro­pean XFEL.

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