1,5-Milliarden-Projekt

Grünes Licht für den Mega-Laser

Von Manfred Lindinger
 - 10:32
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Nach einer Bauzeit von zehn Jahren wird morgen in Hamburg der weltweit größte Röntgenlaser, der European XFEL, offiziell in Betrieb genommen. Die Anlage gilt als eines der größten Forschungsvorhaben der letzten Jahre in Europa und hat rund 1,5 Milliarden Euro verschlungen. Symbolisch wird am Freitag Forschungsministerin Johanna Wanka (CDU) auf den Roten Knopf drücken und das Megaprojekt seiner Bestimmung übergeben.

Die Lichtquelle erzeugt energiereiche Strahlungspulse mit Wellenlängen von weniger als einem Nanometer. Zum Vergleich: Der Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht erstreckt sich von 800 bis 400 Nanometern. Der „Freie Elektronen Laser im Röntgenbereich“ wird bei voller Leistung brillante Lichtblitze erzeugen, die mit einer Dauer von wenigen Femtosekunden (Billiardstel Sekunden) auch extrem kurz sind. Der XFEL feuert pro Sekunde 27.000 solcher Röntgenpulse ab, was die Lichtquelle so einzigartig macht.

Elektronen durchlaufen magnetischen Parcours

Da die erreichbare Wellenlänge des Röntgenlichts etwa der Größe von Atomen entspricht, können Forscher verschiedener Disziplinen die kleinsten Strukturen ihrer Proben abbilden oder filmen. So lassen sich dank der extrem hohen Pulsrate chemische Reaktionen in Echtzeit und auf atomarer Ebene beobachten und filmen oder extrem detailreiche 3D-Bilder von Biomolekülen wie Proteinen und DNA-Abschnitten sowie von Viren anfertigen. Materialforscher erhalten mit den Lichtblitzen tiefe Einblicke in die chemische und physikalische Beschaffenheit ihrer Werkstoffe. Neben Physikern, Chemikern, Biologen und Mediziner profitieren auch Archäologen und Umweltwissenschaftler vom XFEL, können sie doch dort ebenfalls ihre Proben so detailliert untersuchen, wie fast nirgendwo anders auf der Welt.

Die Anlage in Hamburg ist insgesamt 3,4 Kilometer lang und erstreckt sich größtenteils unterirdisch in einem Tunnelsystem zwischen Hamburg und Schenefeld. Sie besteht aus einem 1,8 Kilometer langen Linearbeschleuniger. Darin werden Elektronen auf hohe Energien gebracht werden, bevor man sie durch einen 120 Meter langen Parcours aus unzähligen Magneten schickt. Die Magneten führen die Elektronen auf eine wellenförmige Bahn, auf der sie gepulste kohärente Röntgenstrahlung aussenden. Da die Röntgenpulse ähnliche Eigenschaften wie Laserstrahlen haben, spricht man bei der Anlage auch von einem Röntgenlaser.

Eine einzigartige Lichtquelle

Das entstehende Röntgenlicht wird dann zu den Experimentierplätzen geleitet, wo die Wissenschaftler mit ihren Materialproben warten. Bis lang sind zwei solcher Arbeitsplätze eingerichtet, an denen mehrere Forschergruppen forschen können.Vier weitere sollen bald folgen.

Getragen wird der XFEL von elf europäischen Ländern. Deutschland zahlt 58 Prozent der Kosten. Allen diplomatischen Krisen zum Trotz ist Russland mit 27 Prozent beteiligt. Andere Länder wie Frankreich, Dänemark, Italien, Polen und Spanien sind mit bis zu drei Prozent beteiligt. Träger ist eine gemeinnützige GmbH. Rund 300 Mitarbeiter sind beim XFEL beschäftigt.

Um den Energiebedarf der Anlage möglichst gering zu halten und die Elektronen gleichzeitig auf hohe Geschwindigkeiten zu beschleunigen zu können, haben die Konstrukteure auf supraleitende Hohlraumresonator-Technik. Als Material nutzt man das Material Niob, das wenn man es auf minus 271 Grad kühlt, jeglichen elektrischen Widerstand verliert. Ein Strom fließt dann ohne Verluste, was die Betriebskosten reduziert.

Nur zwei ähnliche Anlagen gibt es noch in der Welt. Im kalifornischen Stanford steht die „Linac Coherent Light Source“ (LCLS) und in Japan der SACLA-Röntgenlaser. Der XFEL in Hamburg kann jedoch deutlich brillanteres Röntgenlicht und mehr Pulse pro Sekunde erzeugen. Außerdem sei die Effizienz an verwertbaren Lichtblitzen höher, sagen die die Betreiber. Ob er hält, was man sich verspricht, werden die Experimente in kommenden Jahre zeigen.

Quelle: F.A.Z.net, AFP, mli
Manfred Lindinger - Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Manfred Lindinger
Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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