Größter Röntgenlaser der Welt erzeugt seine ersten Röntgenpulse "Erstes Licht" am European XFEL - scinexx | Das Wissensmagazin
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Größter Röntgenlaser der Welt erzeugt seine ersten Röntgenpulse

„Erstes Licht“ am European XFEL

Blick in den 2,1 Kilometer langen Beschleunigertunnel des European XFEL mit den gelben supraleitenden Beschleunigermodulen. © DESY/ D. Nölle

Meilenstein im Megalaser: Der größte Röntgenlaser der Welt hat sein erstes Laserlicht erzeugt. Am 4. Mai wurden im European XFEL in Hamburg die ersten Pulse aus energiereichen, fokussierten Röntgenstrahlen produziert. Sie sollen künftig ganz neue Einblicke in den Nanokosmos ermöglichen. Mit dem erfolgreichen „First Lasing“ ist nun der Weg frei, um im September den Forschungsbetrieb aufzunehmen.

Der 3,4 Kilometer lange European XFEL ist der größte und leistungsfähigste Röntgenlaser der Welt. Er kann 27.000 Röntgenlaserblitze pro Sekunde erzeugen und dabei eine Helligkeit erreichen, die milliardenfach höher ist als das von herkömmlichen Synchrotron-Lichtquellen. Im Oktober 2016 wurde der Bau der 3,4 Kilometer langen Anlage fertiggestellt, jetzt hat der Röntgenlaser erstmals einen Laserstrahl erzeugt.

Rasanter Schlingerkurs der Elektronen

Um das kurzwellige und geordnete Röntgenlicht im XFEL zu erzeugen, werden zunächst Elektronenpulse im 2,1 Kilometer langen supraleitenden Linearbeschleuniger der Anlage beschleunigt. Mit annähernd Lichtgeschwindigkeit und sehr hoher Energie passieren sie dann eine 210 Meter lange Strecke zur Röntgenlichterzeugung, den Undulator. Hier bringen 17.290 Magnete abwechselnder Polung die Elektronenpakete auf einen engen Slalomkurs.

In jeder Kurve geben die Elektronen extrem kurzwellige Röntgenstrahlung ab, die sich im Verlauf der Strecke lawinenartig verstärkt. Es entstehen extrem kurze Pulse aus hochkonzentriertem und im Gleichtakt schwingenden Röntgenstrahlen. Beim gestrigen „First Lasing“ erreichte der XFEL eine Pulsrate von einem Röntgenpuls pro Sekunde, später werden es 27.000 pro Sekunde sein.

„Neue Ära der Forschung“

„Der Europäische Röntgenlaser XFEL ist zum Leben erweckt worden!“, kommentierte Helmut Dosch, Vorsitzender des DESY-Direktoriums, den Erfolg. „Mit dem ersten Laserlicht, das mit dem modernsten und leistungsstärksten Linearbeschleuniger der Welt erzeugt wurde, beginnt in Europa eine neue Ära der Forschung.“

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Erstes Laserlicht im European XFEL, aufgezeichnet vom Röntgendetektor am Ende des Tunnels. © DESY

Wie es nun konkret weitergeht, erklärt XFEL-Geschäftsführer Robert Feidenhans: „Wir können nun damit beginnen, die Röntgenblitze über weltweit einzigartige Spiegel durch den letzten Tunnelabschnitt in die Experimentierhalle zu leiten und danach schrittweise die Experimentierstationen in Betrieb nehmen. Ich freue mich sehr auf den Start des internationalen Nutzerbetriebs, der für September geplant ist.“

Neue Einblicke in den Nanokosmos

Der neue Röntgenlaser der Superlative wird künftig tiefere Einblicke in den Nanokosmos ermöglichen. Die ultrakurzen Röntgenblitze und die hohe Leuchtstärke können extrem schnelle Prozesse, wie beispielsweise chemische Reaktionen, auf atomarer Ebene sichtbar machen oder die Struktur von Biomolekülen aufklären.

Die Anwendungen reichen von der Strukturbiologie über Chemie, Physik und Materialwissenschaften bis hin zu Umwelt- und Energieforschung oder der Erkundung von exotischen physikalischen Zuständen.

(Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, 05.05.2017 – NPO)

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