Undulatoren für die hellste Röntgenlichtquelle der Welt

Licht der Zukunft Undulatoren für die hellste Röntgenlichtquelle der Welt

13.10.2016Redakteur: Kristin Rinortner

Der Röntgenlaser XFEL wird die hellste Röntgenlichtquelle der Welt. Extrem kurze und helle Röntgenblitze sollen neue Einblicke in Strukturen und schnelle Abläufe im Nanokosmos ermöglichen.

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European XFEL: Vor der Anlage v.l.n.r. Manfred Parr und Dr. Matthias Herget, beide aus dem Geschäftsgebiet Magnetsysteme der VAC, Projektleiter Dr. Joachim Pflüger (EXFEL) und Dr. Roland Zoller (VAC)
(Bild: Vacuumschmelze)

Die Vacuumschmelze (VAC) liefert Magnete für die Undulatoren in einer neue Forschungsanlage der Superlative: In Hamburg entsteht derzeit der European XFEL (X-Ray Electron Laser) mit einer räumlichen Ausdehnung von 3,4 km. Die Wissenschaftseinrichtung wird nach ihrer Fertigstellung die hellste Röntgenlichtquelle der Welt sein. Die Röntgenstrahlung wird durch sogenannte Undulatoren erzeugt, die über zwei gegenüberliegende Träger verfügen, auf der eine lange Reihe von Dauermagneten mit abwechselnder Ausrichtung der Pole montiert ist. Hier kommen die Werkstoffe der VAC ins Spiel, die mit ihren Magnetsystemen bestehend aus VACODYM-Magneten und VACOFLUX-Polen an der Herstellung der ersten 35 Undulatoren beteiligt ist.

In der neuen Forschungsanlage werden ultrakurze Laserlichtblitze erzeugt, die 27.000-mal in der Sekunde aufleuchten. Sie erreichen dabei eine Leuchtstärke, die milliardenfach höher ist als die der besten Röntgenstrahlungsquellen herkömmlicher Art. Diese Röntgenlichtblitze sind Basis für revolutionäre wissenschaftliche Experimente, die den Wissenschaftlern Einblicke in den Nanokosmos ermöglichen werden. Aufschlüsse erhoffen sich die Forscher durch diese Methode vor allem in den Bereichen Biochemie, Astrophysik und Materialwissenschaften.

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Röntgenlaser in Betrieb genommen

Die internationale Großforschungseinrichtung European XFEL, an der elf europäische Länder beteiligt sind, hat mit der Inbetriebnahme des 3,4 km langen unterirdischen Röntgenlasers am 6. Oktober 2016 begonnen. Vertreter der Partnerländer montierten im unterirdischen Tunnel vor der Experimentierhalle in einem symbolischen Akt ein rund 2 m langes Strahlrohr als eines der letzten noch fehlenden Bauteile des Röntgenlasers. Die nun folgende schrittweise Inbetriebnahme der Anlage wird mehrere Monate in Anspruch nehmen. Externe Wissenschaftler werden erstmals im Sommer 2017 Experimente durchführen können. Der Röntgenlaser wird dann extrem kurze und helle Röntgenlichtblitze erzeugen, die neue Einblicke in Strukturen und schnelle Abläufe im Nanokosmos ermöglichen. Die Anwendungen reichen von der Strukturbiologie über Chemie, Physik und Materialwissenschaften bis hin zur Umwelt- und Energieforschung oder der Erkundung von Zuständen, wie sie im Inneren von Planeten herrschen.

Bei den bereits installierten ersten 35 Undulatoren des European XFEL handelt es sich um die zentralen Bauteile der ersten von insgesamt drei sogenannten „Beamlines“ (Strahlungslinien). Die neue Forschungsanlage wird voraussichtlich ab 2017 in Betrieb gehen und dann Forschern aus aller Welt zur Verfügung stehen. Die schiere Größe dieser zukunftsträchtigen Einrichtung ist überwältigend: „Erst vor Ort bekommt man einen richtigen Eindruck von der tatsächlichen Dimension der Anlage“, berichtet Dr. Roland Zoller vom Produktmarketing für Dauermagnete der VAC nach einem Ortstermin in Hamburg. „Die Undulatorenstrecken in den unterirdischen Tunneln sind bis zu 210 Meter lang. Dabei ist jeder der Undulatoren fünf Meter lang und 7,5 Tonnen schwer“, so Zoller weiter.

Die erste, bereits fertig gestellte „Beamline“ wird kurzwellige, harte Röntgenstrahlung liefern, die für Experimente zur Untersuchung von Biomolekülen und anderen biologischen Proben eingesetzt wird. Zudem ist die Beobachtung sehr schneller chemischer Reaktionen geplant. Die für die erste Betriebsphase vorgesehenen Undulatoren werden voraussichtlich noch innerhalb dieses Jahres fertig montiert und einsatzbereit sein.

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