European XFEL

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. Die Bezeichnung XFEL kombiniert X-Ray, also Röntgenstrahlung, mit Free-Electron Laser, also Freie-Elektronen-Laser. In der Anlage sind mittels Röntgenblitzen dreidimensionale Detailaufnahmen von Molekülen, Zellen, Viren und chemischen Reaktionen möglich.

Die European-XFEL-Mitgliedsländer sind dunkelblau markiert.

Entstehung, Charakteristik, Umfang

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 Laserstrahlung mit Wellenlängen von 0,05 bis 4,7 Nanometern (Röntgenstrahlung) erzeugt werden kann.[1][2] 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.[1] Die feierliche Eröffnung mit Vertretern aus Politik und Wissenschaft fand im Oktober 2016 statt. Im Mai 2017 wurde der erste Röntgenlaserstrahl erzeugt,[3] Anfang September 2017 wurde die Anlage offiziell eingeweiht und der Forschungsbetrieb begonnen.[4]

Finanzierung

Die Baukosten einschließlich der Inbetriebnahme betrugen laut Internetseite der Forschungseinrichtung 1,22 Milliarden Euro (Preisniveau des Jahres 2005).[1] Davon trug Deutschland (Bund, Hamburg und Schleswig-Holstein) als Sitzland 58 Prozent, der Rest wurde von den Partnerländern finanziert. Russland übernahm 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.[1]

Technik

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 wahlweise einen von fünf verschiedenen Undulatoren und erzeugt dadurch Pulse von Synchrotronstrahlung im Röntgenbereich mit Wellenlängen von 0,05 bis 4,7 Nanometer (Photonenenergie 0,26 bis 25 keV) und Pulsdauern von unter 100 Femtosekunden. Die Folgefrequenz beträgt 27000 pro Sekunde.[5]

Anwendungen

Aufgrund der kurzen Wellenlänge, der hohen Brillanz und der geringen Dauer der Röntgenpulse im Femtosekunden-Bereich hat die Einrichtung 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.[6] Hierdurch sollen neue Einblicke in Nanomaterialien, Biomoleküle und chemische Reaktionen gewonnen werden, mit deren Hilfe sich neue Materialien in den Bereichen IT, Medizin und Energieforschung entwickeln lassen.[7]

Bilder
  • Bilder vom November 2015 am DESY
  • Linear­be­schleu­ni­ger­mo­dule (XM62, …) vor dem Einbau
    Linear­be­schleu­ni­ger­mo­dule (XM62, …) vor dem Einbau
  • Zwischengeschoss Halle Bahrenfeld
    Zwischengeschoss Halle Bahrenfeld
  • Beschleunigermodule (XM62, …) in Halle unter 20-t-Portalkran
    Beschleunigermodule (XM62, …) in Halle unter 20-t-Portalkran
  • Beschleunigermodul XM69, aufgebockt
    Beschleunigermodul XM69, aufgebockt
  • Beschleunigermodul XM46, Staubschutzhülle
    Beschleunigermodul XM46, Staubschutzhülle
  • Halle Bahrenfeld, Schacht mit Fallschutznetz
    Halle Bahrenfeld, Schacht mit Fallschutznetz
  • Hoch­fre­quenz­re­so­nator in Ausstellungsvitrine
    Hoch­fre­quenz­re­so­nator in Ausstellungsvitrine
  • Beschleunigermagnet
    Beschleunigermagnet
  • Beschleunigermagnet, Test
    Beschleunigermagnet, Test
  • Beschleunigermagnet, Test
    Beschleunigermagnet, Test
  • Undulator, Pole mit Holz abgedeckt, Warnzeichen Magnetfeld
    Undulator, Pole mit Holz abgedeckt, Warnzeichen Magnetfeld

Einzelnachweise
  1. Zahlen und Fakten. 21. Dezember 2023, abgerufen am 21. Dezember 2023.
  2. European XFEL. DESY, abgerufen am 11. Februar 2018.
  3. Erfolgreicher Test für weltgrößten Röntgenlaser orf.at, 4. Mai 2017, abgerufen 11. Februar 2018.
  4. Internationaler Röntgenlaser European XFEL eröffnet. 1. September 2017, abgerufen am 11. Februar 2018.
  5. Ulrike Kuhlmann: Röntgenlaser European XFEL nimmt Forschungsbetrieb auf. In: Heise online. 2. September 2017. Abgerufen am 4. Februar 2018.
  6. European-XFEL-Webseite: Anwendungsbereiche Abgerufen am 11. Februar 2018
  7. 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.
Commons: European XFEL – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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