Vocable (Allemagne)

Grünes Licht für den Mega-Laser

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

- 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.

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(© 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.
(© dpa / Axel Heimken) Laser-Gruß von der Elbphilhar­monie für den Röntgenlas­er European XFEL.

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