First Lasing: Xfel erzeugt erste Röntgenlaserpulse

Wichtige Probe bestanden: Am European Xfel wurden die ersten Röntgenlaserpulse erzeugt. Das bedeutet, die Anlage ist funktionstüchtig. Die Eröffnung ist für September geplant.

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European Xfel: nur ein Puls pro Sekunde
European Xfel: nur ein Puls pro Sekunde (Bild: Werner Pluta/Golem.de)

First Lasing in Hamburg: Am European Xfel - eine Abkürzung für X-Ray Free-Electron Laser (Freie-Elektronen-Laser im Röntgenbereich) - wurde erstmals Röntgenlaserlicht erzeugt. Der Xfel ist derzeit der größte Röntgenlaser der Welt und soll im Laufe des Jahres in Betrieb genommen werden. Wir haben den Xfel im vergangenen Jahr besucht.

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Für das First Lasing wurde zunächst ein Elektronenpaket in einem Linearbeschleuniger, der Ende April in Betrieb genommen wurde, injiziert und dann in einem 2,1 Kilometer langen Beschleunigertunnel bis fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Dann passierten die Elektronen den Photonentunnel, eine 210 Meter lange Strecke zur Röntgenlichterzeugung. Die besteht aus über 17.000 Permanentmagneten, die abwechselnd polarisiert hintereinander angeordnet sind. Die Magnete zwingen die Elektronenpakete auf eine Slalombahn. An jeder Kurve der Bahn emittieren die Elektronenpakete Röntgenblitze mit Lasereigenschaften.

Die Röntgenblitze wurden abgefangen und untersucht

Das Röntgenlicht hatte eine Wellenlänge von 0,8 Nanometern, was etwa 1/500 der Wellenlänge von sichtbarem Licht entspricht. Beim First Lasing wurde ein Puls pro Sekunde erzeugt. Im Regelbetrieb werden es 27.000 Pulse pro Sekunde sein, die die Experimentierhalle erreichen. Die ersten Röntgenblitze wurden aber bereits kurz vor der Halle im Tunnel abgefangen und gemessen.

  • Vorsicht Vakuum! Am European Xfel geht es voran. 2017 soll die Anlage in Betrieb gehen. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
  • In der Experimentierhalle in Schenefeld ... (Foto: Martin Wolf/Golem.de)
  • ... werden die wissenschaftlichen Instrumente stehen. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
  • Aus einem mehrere Kilometer langen Tunnel kommen Röntgenblitze mit Lasereigenschaften. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
  • In Instrumenten wie HED oder ... (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
  • ... MID treffen sie auf Proben. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
  • Der Tunnel ist 3,4 km lang. Darin werden zunächst Elektronen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
  • In Undulatoren werden sie dazu gebracht, Röntgenblitze zu emittieren. (Foto: Heiner Müller-Elsner/European Xfel)
  • An jedem Tunnelende hängen zwei Experimente. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
  • Aber nur jeweils eines bekommt die Röntgenblitze. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
  • Am European Xfel soll Grundlagenforschung in unterschiedlichen Disziplinen betrieben werden. (Foto: Heiner Müller-Elsner/European Xfel)
  • An dem Projekt sind elf europäische Länder beteiligt. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)
Vorsicht Vakuum! Am European Xfel geht es voran. 2017 soll die Anlage in Betrieb gehen. (Foto: Werner Pluta/Golem.de)

"Die Anlage, in der das Know-how und Bauteile aus vielen Ländern der Welt stecken, hat ihren ersten großen Test mit Bravour bestanden", sagte Robert Feidenhans'l, der Geschäftsführer des European Xfel. "Auf diesen großen Moment haben unsere Partner und wir viele Jahre lang hin gearbeitet."

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Als Nächstes wollen die Forscher die Spiegel in Betrieb nehmen: Sie leiten die Röntgenblitze durch den letzten Tunnelabschnitt in die Experimentierhalle in Schenefeld und dort in die einzelnen Experimente. Der offizielle Start des wissenschaftlichen Betriebs ist für September geplant.

Die Wellenlänge des Laserlichts hat die Größe von Atomen

Der Xfel ist eine 3,4 Kilometer lange Forschungsanlage, die von Hamburg bis nach Schenefeld reicht. Es ist der derzeit größte und leistungsfähigste Röntgenlaser weltweit. Er erzeugt ultrakurze, hochenergetische Röntgenblitze. Die Wellenlänge des Laserlichts hat in etwa die Größe von Atomen.

Das bedeutet eine atomare Auflösung, die es ermöglicht, Einzelbilder und Filme von Molekülen oder chemischen Reaktionen aufzunehmen. Xfel ist also im Prinzip ein riesiges Mikroskop und eine riesige Kamera. An der Anlage soll Grundlagenforschung in unterschiedlichen wissenschaftlichen Disziplinen betrieben werden.

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