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European XFEL

Physikinstitut
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Die European XFEL-Mitgliedsländer sind violett markiert.

Der European XFEL ist eine internationale Röntgenlaser-Forschungseinrichtung in Hamburg und Schenefeld, an der zwölf Länder beteiligt sind und die eng mit dem Forschungszentrum DESY und weiteren internationalen Partnern zusammenarbeitet. XFEL steht für X-Ray Free-Electron Laser, also Freie-Elektronen-Laser mit Röntgenlicht.[1] In der Anlage sind mittels Röntgenblitzen dreidimensionale Detailaufnahmen von Molekülen, Zellen, Viren und chemischen Reaktionen möglich.

Entstehung, Charakteristik, UmfangBearbeiten

Im Februar 2003 gab das Bundesministerium für Bildung und Forschung „grünes Licht“ für eine Röntgenlaser-Einrichtung, die als europäisches Projekt bei DESY verwirklicht werden soll. Der European XFEL ist eine 3,4 km lange Anlage, mit der extrem energiereiches Laserlicht mit Wellenlängen von 0,05 bis 4,7 Nanometern (Röntgenstrahlung) erzeugt werden kann.[2][3] Die Tunnel reichen vom DESY-Gelände in Hamburg bis ins schleswig-holsteinische Schenefeld, wo sich der Forschungscampus mit einer unterirdischen Experimentierhalle befindet. Die Bauarbeiten für die größtenteils unterirdische Anlage dauerten von 2009 bis 2016.[4] Die feierliche Eröffnung mit Vertretern aus Politik und Wissenschaft fand im Oktober 2016 statt. Im Mai 2017 wurde der erste Röntgenlaserstrahl erzeugt,[5] Anfang September 2017 wurde die Anlage offiziell eingeweiht und der Forschungsbetrieb begonnen.[6]

FinanzierungBearbeiten

Die Baukosten einschließlich der Inbetriebnahme betragen laut Internetseite der Forschungseinrichtung 1,22 Milliarden Euro (Preisniveau des Jahres 2005).[7] Davon trägt Deutschland (Bund, Hamburg und Schleswig-Holstein) als Sitzland 58 Prozent, der Rest wird von den Partnerländern finanziert. Russland übernimmt 27 Prozent, die anderen Partner zwischen je einem und drei Prozent. Insgesamt sind zwölf Länder am European XFEL beteiligt: Dänemark, Deutschland, Frankreich, Italien, Polen, Russland, Schweden, die Schweiz, die Slowakei, Spanien, Ungarn und das Vereinigte Königreich.[8]

TechnikBearbeiten

Elektronen werden in einem 1,7 km langen Linearbeschleuniger auf Energien bis zu 17,5 GeV beschleunigt. Der Beschleuniger nutzt 96 supraleitende Resonatoren des TESLA-Typs. Dieser Resonatortyp wird auch in der Vorgängeranlage, dem Freie-Elektronen-Laser FLASH am DESY, und in anderen Elektronenbeschleunigern (z. B. ELBE) erfolgreich eingesetzt. Der beschleunigte Elektronenstrahl durchläuft einen Undulatorenbereich und gibt dabei die sehr kurzen Pulse („Blitze“) von Synchrotronstrahlung im Röntgenbereich – mit Wellenlängen von 0,05 bis 4,7 Nanometer (0,26 bis 25 keV) und Pulsdauern von wenigen Femtosekunden – ab. Dadurch werden bis zu 4,5 Millionen Bilder pro Sekunde erzeugt.[9]

AnwendungenBearbeiten

Aufgrund der kurzen Wellenlänge und Dauer der Laserblitze (im Femtosekunden-(fs)-Bereich) hat das entstandene Licht vielfältige Anwendungen in der Forschung – in Fachgebieten wie der Physik, Chemie, Materialwissenschaft, Biologie und Nanotechnologie. An bis zu zehn Messplätzen sind Forscher in der Lage, chemische Reaktionen zu filmen und dreidimensionale Aufnahmen von Strukturen im Nanometerbereich, wie z. B. von Molekülen, zu machen.[10] Hierdurch sollen neue Einblicke in Nanomaterialien, Biomoleküle und chemische Reaktionen gewonnen werden, mit deren Hilfe sich neue Materialen in den Bereichen IT, Medizin und Energieforschung entwickeln lassen.[11]

BilderBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. European XFEL- Überblick. Abgerufen am 11. Februar 2018.
  2. European-XFEL-Webseite: Zahlen & Fakten Abgerufen am 11. Februar 2018
  3. European XFEL. DESY, abgerufen am 11. Februar 2018.
  4. @1@2Vorlage:Toter Link/www.xfel.eu(Seite nicht mehr abrufbar, Suche in Webarchiven: Baukalender)
  5. Erfolgreicher Test für weltgrößten Röntgenlaser orf.at, 4. Mai 2017, abgerufen 11. Februar 2018.
  6. Internationaler Röntgenlaser European XFEL eröffnet. 1. September 2017, abgerufen am 11. Februar 2018.
  7. European-XFEL-Webseite: Zahlen und Fakten Abgerufen am 11. Februar 2018
  8. European-XFEL-Webseite: Partnerländer Abgerufen am 11. Februar 2018
  9. Ulrike Kuhlmann: Röntgenlaser European XFEL nimmt Forschungsbetrieb auf. In: Heise online. 2. September 2017. Abgerufen am 4. Februar 2018.
  10. European-XFEL-Webseite: Anwendungsbereiche Abgerufen am 11. Februar 2018
  11. Denis Dilba: Die Nobelpreis-Maschine. Die teuerste Forschungsanlage Deutschlands: Unter Hamburg erzeugt ein Laser die stärksten Röntgenblitze der Welt und ermöglicht Forschung der Superlative: In: P.M. Magazin, 07/2018, S. 60–67, hier S. 67.

WeblinksBearbeiten

  Commons: European XFEL – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Koordinaten: 53° 35′ 19″ N, 9° 49′ 46″ O