Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland 2009 - SNI-Portal
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L<strong>in</strong>earbeschleunigerbasierte Röntgenquellen (Freie-Elektronen-Laserund künftige Energy-Recovery-L<strong>in</strong>acs) br<strong>in</strong>gen<strong>in</strong> vielfacher H<strong>in</strong>sicht e<strong>in</strong>en weiteren Gew<strong>in</strong>n: Neben e<strong>in</strong>erdeutlichen Steigerung an Kohärenz eröffnen sie e<strong>in</strong>e variableZeitstruktur und e<strong>in</strong>e drastisch gesteigerte Brillanz. Bisher vollständigunbekannte Phänomene lassen sich erforschen, unteranderem kann man nicht-l<strong>in</strong>eare Prozesse vom VUV bis <strong>in</strong> denRöntgen-Bereich h<strong>in</strong>e<strong>in</strong> untersuchen.In Freie-Elektronen-Lasern (FEL) wird die Strahlung <strong>in</strong>extrem langen Undulatoren erzeugt. FEL benutzen dazu hochenergetischeElektronenpakete extrem hoher Bündelung undkurzer Dauer, die im Undulator auf e<strong>in</strong>en Slalomkurs gezwungenwerden. Dabei senden die Elektronen <strong>Synchrotronstrahlung</strong>aus, die <strong>in</strong> Wechselwirkung <strong>mit</strong> den Elektronenpaketentritt und ihnen nach und nach e<strong>in</strong>e Substruktur auf derLängenskala der Wellenlänge des e<strong>mit</strong>tierten Lichtes aufprägt.Letztlich überlagert sich die von diesen Subpaketene<strong>mit</strong>tierte <strong>Synchrotronstrahlung</strong> kohärent. Die so erzeugteFEL-Strahlung zeichnet sich durch e<strong>in</strong>e hohe Brillanz, vollständigeräumliche sowie teilweise zeitliche Kohärenz, kurze Pulsdauernund e<strong>in</strong>e ger<strong>in</strong>ge Energiebreite aus.E<strong>in</strong> Energy-Recovery-L<strong>in</strong>ac (ERL) vere<strong>in</strong>t die Vorteile e<strong>in</strong>esL<strong>in</strong>earbeschleunigers <strong>mit</strong> denen e<strong>in</strong>es Speicherr<strong>in</strong>gs. ERL habengegenüber Freie-Elektronen-Lasern den Vorteil, dass zahlreicheNutzer gleichzeitig <strong>mit</strong> der <strong>in</strong>tensiven und hochbrillanten Strahlungbei flexiblen Bed<strong>in</strong>gungen der Pulslänge, Pulsfrequenzund Kohärenz experimentieren können.<strong>Deutschland</strong> spielt <strong>in</strong> der Entwicklung der beschleunigergetriebenenPhotonenquellen <strong>in</strong>ternational e<strong>in</strong>e führende Rolle.Mit den Freie-Elektronen-Laser-Anlagen <strong>in</strong> Hamburg (FLASH,European XFEL) werden e<strong>in</strong>zigartige Experimentierbed<strong>in</strong>gungenfür die <strong>Forschung</strong> <strong>mit</strong> hochenergetischen Strahlungspulsen <strong>mit</strong>e<strong>in</strong>er Länge von ca. 20 Femtosekunden geschaffen. Bei kurzenStrahlungspulsen im Bereich von wenigen Femtosekundenkonkurrieren die beschleunigergetriebenen Strahlungsquellen<strong>mit</strong> Laborlaserquellen, die derzeit Pulse bis <strong>in</strong> den Attosekundenbereichliefern. Allerd<strong>in</strong>gs s<strong>in</strong>d diese Quellen kaum <strong>in</strong> vergleichbaremMaße wie die <strong>Synchrotronstrahlung</strong> oder FEL-Strahlung durchstimmbar.<strong>Deutschland</strong> ist am Betrieb und Aufbau zahlreicher<strong>Synchrotronstrahlung</strong>squellen sowie Freie-Elektronen-Laserbeteiligt. Die Beschreibungen dieser Quellen auf den Seiten 38bis 51 ermöglichen deren Vergleich.Vergleich der Spitzenleuchtkraftder Strahlungsquellender drittenGeneration <strong>mit</strong> denFreie-Elektronen-Lasern.Dort wird gegenüberheutigen Quellen e<strong>in</strong>eSteigerung um etwa 10Größenordnungenerwartet.<strong>Synchrotronstrahlung</strong> <strong>2009</strong> 11