Mit Lichtgeschwindigkeit 21.12.2015, 14:36 Uhr

Startschuss für den Röntgenlaser XFEL in Hamburg

Die Inbetriebnahme des Röntgenlasers European XFEL, der unvorstellbar scharf gebündeltes Licht zur Erforschung des Aufbaus von Materie erzeugt, hat begonnen. Der so genannte Injektor erzeugte die ersten Elektronenpakete und beschleunigte sie nahezu auf Lichtgeschwindigkeit.

Blick in den Hauptbeschleunigertunnel des European XFEL, in dem 100 supraleitende Beschleunigermodule montiert werden.

Blick in den Hauptbeschleunigertunnel des European XFEL, in dem 100 supraleitende Beschleunigermodule montiert werden.

Foto: Dirk Nölle/Desy

Ein wichtiger Teil des Röntgenlasers European XFEL hat den Betrieb aufgenommen: Der Injektor, das 45 m lange vorderste Teilstück des supraleitenden Teilchenbeschleunigers, hat die ersten Elektronen beschleunigt. Die 45 m legten die Elementarteilchen in 0,15 Mikrosekunden zurück. Die Aufnahme des Injektortestbetriebs markiert einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zur Fertigstellung der Anlage: Wissenschaftler werden dort einzigartige Möglichkeiten finden, um neue Werkstoffe zu entwickeln und den Umweltschutz voranzubringen.

Dieser Injektor, der auf dem Gelände des Deutschen Elektronensynchrotons (Desy) in Hamburg steht, versorgt künftig die unterirdische Beschleunigerstrecke mit Elektronen. In zwei Experimentierhallen in einer Entfernung von 2,2 und 3,4 km Entfernung werden die Elektronenpakete in so genannten Undulatoren aus ihrer Bahn abgelenkt.

Injektorbereich des European XFEL: Die gelbe Röhre ist das erste supraleitende Beschleunigermodul.

Injektorbereich des European XFEL: Die gelbe Röhre ist das erste supraleitende Beschleunigermodul.

Foto: Desy

In jeder Kurve, in die die Elektronen gezwungen werden, senden sie einen scharfen Röntgenblitz aus, den Materialforscher aus aller Welt nutzen wollen, um bessere Katalysatoren für die Chemie, den Umweltschutz und die Energieumwandlung zu entwickeln. Selbst die atomaren Details von lebenden Körperzellen lassen sich mit den Röntgenblitzen erkunden.

Laserpuls schlägt Milliarden Elektronen aus einer Elektrode

Der Injektor hat eine Länge von 45 m. Darin verbirgt sich ein Ultraviolett-Laser, der aus einer Elektrode aus Cäsiumtellurid mit jedem Puls ein paar Milliarden Elektronen herausschlägt. Diese bilden ein Paket, das von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen innerhalb von 0,13 Millionstel Sekunden auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird.

Diese rasenden Pakete werden im Linearbeschleuniger von supraleitenden Elektromagneten, deren Spulen auf minus 271 °C gekühlt sind, zu feinen Strahlen geformt und auf Geschwindigkeit gehalten. Schließlich landen sie in Undulatoren in den unterirdischen Experimentierhallen in Osdorfer Born auf Hamburger Gebiet und im schleswig-holsteinischen Schenefeld.

„Ambitionierte Entdeckungsmaschine“

„Die ersten Elektronen im Injektor sind ein Meilenstein für diese ambitionierte Entdeckungsmaschine“, sagt Professor Helmut Dosch, der Vorsitzende des Desy-Direktoriums. XFEL wird die weltweit leistungsfähigste Anlage zur Erzeugung von Röntgenlicht sein.

In der

In der „Gun“ werden die Elektronen freigesetzt und zu Paketen gebündelt beschleunigt.

Foto: Dirk Nölle/Desy

Desy betreibt in Hamburg drei Ringbeschleuniger und einen kleinen Elektronenlaser. All diese Großgeräte erzeugen Röntgenlicht für die Forschung.

Erste Experimente im Jahr 2017

2016 wird der Linearbeschleuniger bis Osdorfer Born fertiggestellt und in Betrieb genommen. Für 2017 sind die ersten Experimente geplant. Anträge auf Nutzung können Wissenschaftler aus der ganzen Welt stellen. Der Röntgenlaser kostet, in Preisen von 2005 gerechnet, 1,22 Milliarden Euro. Die Hauptlast trägt Deutschland. Einen Teil steuern zwölf europäische Staaten bei, darunter Russland. 

Von Wolfgang Kempkens
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