Erster Undulator im hellsten Röntgenlaser der Welt - Photonik

Erster Undulator im hellsten Röntgenlaser der Welt

Die 35 Segmente des ersten von drei röntgenlichterzeugenden Systemen des European XFEL sind installiert. In den sogenannten Undulatoren, werden Röntgenblitze erzeugt, die milliardenfach heller als das Licht konventioneller Röntgenlichtquellen sind.

Bild: European XFEL
Undulator-Segmente im Photonentunnel am 11. Januar 2016

Die Undulatoren des European XFEL sind bis zu 210 Meter lang und werden in unterirdischen Tunneln montiert. Ihre Röntgenlichtblitze sind die Basis für revolutionäre wissenschaftliche Experimente. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können mit ihnen neue Einblicke in den Nanokosmos gewinnen, für die es Anwendungen auf vielen wissenschaftlichen Gebieten gibt, darunter Biochemie, Astrophysik und Materialwissenschaften. Die Installation der Undulatorsegmente ist ein wichtiger Schritt zur Fertigstellung des European XFEL, einer 3,4 Kilometer langen Röntgenlaser-Forschungsanlage, die bei Fertigstellung die hellste Röntgenlichtquelle der Welt sein wird. Die neue Einrichtung ist außerdem eines der größten Forschungsprojekte in Europa und soll ab 2017 Forscherinnen und Forschern aus aller Welt zur Verfügung stehen.

„Mit der Montage der 35 Segmente des ersten Undulators haben wir einen sehr wichtigen Meilenstein im Bau unserer Forschungseinrichtung erreicht“, erklärt European XFEL-Geschäftsführer Prof. Massimo Altarelli. „Die Röntgenblitze sind die Basis für die künftige Forschung am European XFEL. Wir blicken sehr gespannt auf das Jahr 2017, wenn sie erstmals von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus aller Welt für die Erforschung kleinster Details in der Struktur und Funktion von Materie eingesetzt werden.“

Jedes der 35 Segmente ist 5 Meter lang und 7,5 Tonnen schwer. Es verfügt über zwei gegenüberliegende Träger für eine lange Reihe von Permanentmagneten mit abwechselnder Ausrichtung der Pole. Wenn beschleunigte Elektronen das von den Magneten erzeugte Feld passieren, entstehen ultrakurze Röntgenlichtblitze. Weitere Bauteile zwischen benachbarten Segmenten sorgen für ein gleichmäßiges Magnetfeld zwischen den einzelnen Segmenten. Über ein Steuerungssystem können die Segmente und andere Komponenten der Undulatoren bewegt werden, um ein weites Spektrum von Röntgenlicht unterschiedlicher Wellenlängen zu erzeugen.

Die Entwicklung des Designs und die Arbeit an Prototypen begannen vor acht Jahren in Zusammenarbeit mit DESY, dem größten Gesellschafter von European XFEL. Die gleiche Technik wird inzwischen bei einer ganzen Anzahl von Anlagen bei DESY eingesetzt, darunter der Röntgenlaser FLASH und die Speicherring-Röntgenstrahlungsquelle PETRA III.

Undulatorsysteme bestehen aus vielen Teilen, sie werden gemeinsam mit vielen Partnern im Rahmen einer internationalen Kooperation gebaut. Unter Federführung der Undulatorgruppe von European XFEL waren DESY und viele weitere Einrichtungen an der anspruchsvollen Produktion beteiligt, darunter Firmen und Forschungseinrichtungen aus Russland, Deutschland, der Schweiz, Italien, Slowenien oder Schweden. Elektromagnete für den Elektronenstrahl werden in mehreren Instituten in Russland gefertigt und in Schweden getestet. Messgeräte zur Temperaturkontrolle kommen vom Manne Siegbahn Institut in Schweden, weitere Bauteile und Kontrollsysteme vom Forschungszentrum CIEMAT in Spanien.

Der erste fertiggestellte Undulator wird kurzwellige, „harte“ Röntgenstrahlung liefern, die für Experimente zur Untersuchung von Biomolekülen und anderen biologischen Proben sowie zur Beobachtung sehr schneller chemischer Reaktionen eingesetzt wird. Alle drei für die erste Betriebsphase vorgesehenen Undulatoren sollen noch in diesem Jahr fertig montiert und einsatzbereit sein.

Mit dem European XFEL entsteht eine Großforschungsanlage der Superlative: 27 000 Röntgenlaserblitze pro Sekunde und eine Leuchtstärke, die milliardenfach höher ist als die besten Röntgenstrahlungsquellen herkömmlicher Art, sollen neue Forschungsmöglichkeiten eröffnen. Forschergruppen aus aller Welt können an dem europäischen Röntgenlaser atomare Details von Viren und Zellen entschlüsseln, dreidimensionale Aufnahmen im Nanokosmos machen, chemische Reaktionen filmen und Vorgänge wie die im Inneren von Planeten untersuchen. Die European XFEL GmbH ist eine gemeinnützige Forschungsorganisation, die eng mit dem Forschungszentrum DESY und weiteren internationalen Institutionen zusammenarbeitet. Bei Beginn des Nutzerbetriebs im Jahr 2017 wird sie rund 280 Menschen beschäftigen. Mit Kosten von 1,22 Milliarden Euro (Preisniveau 2005) für Bau und Inbetriebnahme und einer Länge von 3,4 Kilometer ist European XFEL eines der größten und ambitioniertesten europäischen Forschungsprojekte. Derzeit beteiligen sich elf Länder: Dänemark, Deutschland, Frankreich, Italien, Polen, Russland, Schweden, die Schweiz, die Slowakei, Spanien und Ungarn.

www.xfel.eu/de 

 
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