Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland 2009 - SNI-Portal

European XFELin Hamburg und SchenefeldAn der Grenze zwischen Hamburg und der schleswig-holsteinischenStadt Schenefeld entsteht die in Europa einzigartigeRöntgenlaseranlage European XFEL, ein Freie-Elektronen-Laser für harte Röntgenstrahlung. Mit einer Spitzenbrillanz, diemilliardenfach höher ist als die der heutigen Speicherringquellen,wird er Forscherinnen und Forschern verschiedener Wissenschaftsbereichesowie industriellen Nutzern aus der ganzenWelt einzigartige Bedingungen für ihre Untersuchungen bieten.Im Mittelpunkt steht die Erforschung von Nano- und Subnanostrukturenund deren Dynamik: Die kurzen Wellenlängen inder Größenordnung von Atomen (bis zu 0,085 Nanometer) unddie Kohärenz der Röntgenblitze gestatten die Untersuchung deratomaren Architektur von Biomolekülen, Werkstoffen und anderenMaterialien. Da jeder einzelne Blitz nur weniger als 100Femtosekunden (billiardstel Sekunden) lang und ausreichendlichtstark ist, werden Momentaufnahmen von ultraschnellenVorgängen möglich – etwa von der Bildung oder Lösung chemischerVerbindungen.Der European XFEL ist 3,4 Kilometer lang und hat weltweiteinzigartige Eigenschaften. Supraleitende Beschleunigertechnologieermöglicht einen Elektronenstrahl aus vielen Paketenund von besonders hoher Qualität. Der European XFEL bietetdamit als erster Röntgen-Freie-Elektronen-Laser die Möglichkeit,eine extrem hohe Spitzenbrillanz pro Blitz mit hohen Wiederholratenvon 30.000 Blitzen pro Sekunde zu kombinieren.Diese Kombination ist von großer Bedeutung für die Untersuchungbeispielsweise extrem schwacher Effekte oder extremverdünnter Systeme sowie für den gleichzeitigen Betrieb derExperimentierstationen an mehreren Strahlführungen.Der Beschleuniger liefert Elektronen mit einer Energie von17,5 GeV, die auf insgesamt fünf Undulatoren verteilt werden.Drei davon sind für die Erzeugung von FEL-Strahlung im Wellenlängenbereichvon 0,1 bis etwa 4 Nanometer ausgelegt, zweiweitere sind für spontane, sehr harte Röntgenstrahlung bestimmt.Die fünf, bis zu 1.000 Meter langen Röntgen-Strahlführungen,beinhalten Spiegel- und Monochromatorsystemeund münden in fünf große Experimentiergebiete, die jeweilsmehrere spezifisch ausgestattete Experimentierstationenaufnehmen können.Der Aufbau der Anlage ermöglicht eine große Flexibilität.Dies ist von besonderem Vorteil, da der European XFEL einigeJahre nach entsprechenden Anlagen in den USA und Japan(2009 bzw. 2011) seinen Betrieb aufnehmen wird. Die Berücksichtigungder Erfahrungen dieser ersten Generation von Röntgen-Freie-Elektronen-Laser-Quellenkann zu verbessertenBedingungen für Strahlparameter und den Nutzerbetrieb führen.Insbesondere sollen neue technische Lösungen (z. B. Impf-Konzepte für weiche Röntgenstrahlung oder Konzepte fürPulsdauern von wenigen Femtosekunden) integriert werdenkönnen.Die spezifischen Anforderungen von Experimenten mit FEL-Strahlung im Röntgenbereich erfordern zusätzliche Forschungund Entwicklung in den Bereichen Röntgenoptiken mit extremerFertigungsgenauigkeit sowie unter extremer Belastung,46 Synchrotronstrahlung 2009