European XFEL

Die European XFEL-Mitgliedsländer sind violett markiert.

Der European XFEL ist eine Forschungsanlage in Hamburg und Schenefeld. Es handelt sich um ein internationales Projekt mit Anbindung an das Forschungszentrum DESY. Am European XFEL sind 11 Länder beteiligt. XFEL steht für X-Ray Free-Electron Laser, also Freie-Elektronen-Laser für Röntgenlicht.^[1]

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 extrem energiereiches Laserlicht mit Wellenlängen von 0,05 bis 5 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]

Finanzierung

Die Baukosten einschließlich der Inbetriebnahme betragen laut der projekteigenen Internetseite 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 1 und 3 Prozent. Insgesamt sind 11 Länder am European XFEL beteiligt.^[8]

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 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]

Anwendungen

Aufgrund der kurzen Wellenlänge und Dauer der Laserblitze (im Femtosekunden-(fs)-Bereich, 1 fs = 0,000 000 000 000 001 Sekunden) hat das entstandene Licht vielfältige Anwendungen in der Forschung – in Fachgebieten wie der Physik, Chemie, Materialwissenschaft, Biologie und Nanotechnologie. An bis zu 10 Messplätzen sind Forscher in der Lage, chemische Reaktionen zu filmen und 3-dimensionale Aufnahmen von Strukturen im Nanometerbereich, wie z. B. von Molekülen, zu machen.^[10]