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Forschung & Entwicklung European XFEL: zweite Röntgenlichtquelle in Betrieb

Die Röntgenlichtquelle SASE3 am European XFEL erzeugte in einem der unterirdischen Tunnel erstmals Röntgen-Laserlichtblitze.

SASE3 wird zwei weitere Experimentierstationen versorgen, die derzeit aufgebaut werden und Ende des Jahres den Nutzerbetrieb aufnehmen sollen. Seit der Inbetriebnahme und der Aufnahme des Forschungsbetriebs im September 2017 haben bereits 340 Wissenschaftler aus aller Welt die Anlage für ihre Forschungsvorhaben genutzt. Die erfolgreiche Inbetriebnahme der neuen Röntgenlichtquelle ist eine Voraussetzung dafür, die Zahl der Nutzer im kommenden Jahr stark zu steigern. Man sei auf einem guten Weg, die vier im Aufbau befindlichen weiteren Experimentierstationen in Betrieb zu nehmen; zunächst zwei im November, die beiden anderen Anfang 2019. Dadurch werde sich die Kapazität Mitte 2019 von bislang zwei Stationen auf dann sechs verdreifachen, sagte European XFEL-Geschäftsführer Prof. Robert Feidenhans’l.

Die neue Röntgenlichtquelle SASE3 nutzt Elektronen, die durch die Lichtquelle SASE1 geflogen sind und dort bereits Röntgenlaserlicht erzeugt haben. SASE3 erzeugt Laserlicht für die noch im Aufbau befindlichen Experimentierstationen SQS (Small Quantum Systems) und SCS (Spectroscopy and Coherent Scattering). SQS ist auf die Erforschung fundamentaler Prozesse wie den Bruch von chemischen Bindungen in Molekülen oder die Vorgänge auf atomarer Ebene bei der gleichzeitigen Absorption von mehreren Photonen spezialisiert, SCS auf die Untersuchung von schnellen Änderungen von Materialeigenschaften, beispielsweise bei magnetischen Materialien, Hochtemperatur-Supraleitern oder auch biologischen Proben. Die Forschung an den Stationen ist Grundlagenforschung, hat jedoch auch Bedeutung beispielsweise für die Entwicklung neuer Materialien für die IT, Medizin, Energieforschung oder Katalyse.

SASE3 ist eins von derzeit drei Undulatorsystemen am European XFEL. SASE1 hatte im Mai 2017 das erste Röntgenlicht am European XFEL erzeugt, jetzt folgte plangemäß SASE3. Das „first lasing“ von SASE2 ist für Mitte des Jahres geplant. SASE1 und SASE2 sind 200 Meter lang, weitgehend baugleich und erzeugen extrem kurzwelliges Röntgenlicht. Das hinter SASE1 installierte System SASE3 ist mit 120 Metern etwas kürzer und liefert langwelligeres Licht. Die erreichbare Wellenlänge von SASE1 und SASE 2 entspricht in etwa der Größe von Atomen. Man kann daher mit atomarer Auflösung Bilder und Filme im Nanokosmos aufnehmen – beispielsweise von Biomolekülen, die für die Entstehung von Krankheiten oder die Entwicklung von Therapien von Bedeutung sind.

Beim „first lasing“ lieferte SASE3 Röntgenlicht mit einer Wellenlänge von 1,4 Nanometer (900 eV). Die Inbetriebnahme erfolgte mit 20 Pulsen pro Sekunde, später werden es bis zu 27 000 sein. Eine Besonderheit ist, dass die beschleunigten Elektronen zunächst für die Laserlichterzeugung in SASE1 und anschließend zur Lichterzeugung in der mehrere hundert Meter dahinter liegenden Röntgenlichtquelle SASE3 genutzt wurden, sodass beide Lichtquellen gleichzeitig Röntgenstrahlung lieferten. Der geplante gleichzetige Betrieb mehrerer, teilweise hintereinander geschalteter, Röntgenlichtquellen und der an sie angeschlossenen Experimentierstationen ist ein weiteres Alleinstellungsmerkmal des European XFEL.

von mn

www.xfel.eu

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