Grünes Licht für den Mega-Laser
Un gigantesque laser à rayons X pour mieux observer l’infiniment petit
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.