FLASH auf DESY-Gelände

FLASH: DESYs Pilotanlage für den XFEL

Ein Großprojekt wie den European XFEL baut man nicht, ohne die Technologie zuvor auf Herz und Nieren geprüft zu haben. Das geschah an der TESLA-Testanlage und an FLASH bei DESY.

TESLA-Testanlage

Blick von oben in einen geöffneten Tunnel aus Betonsteinen, in dem mehrere Menschen einen Teilchenbeschleuniger aufbauen. An einem Kran hängt eine große gelbe Metallröhre, die an ihren Platz im Beschleuniger hinuntergelassen wird.
Die TESLA-Testanlage bei DESY in Hamburg

Beim European XFEL wird technologisches Neuland betreten: von der Elektronenquelle, die Ausgangspunkt für einen Teilchenstrahl von ausreichend guter Qualität ist, über die supraleitenden Beschleunigungsmodule bis hin zu den hunderte Meter langen Undulatormodulen zur Lichterzeugung. Von 1992 bis 2004 wurden die Komponenten für den European XFEL in der 100 Meter langen TESLA-Testanlage auf ihre Verwendbarkeit hin geprüft. Mit Erfolg:

  • Die zusammen mit der Industrie und zahlreichen in- und ausländischen Partnern entwickelten supraleitenden Beschleunigungsmodule zeigten sich als ausreichend leistungsstark. Gleichzeitig konnten die Fertigungskosten deutlich gesenkt werden.
  • Weltweit erstmalig erzeugte die Testanlage im Februar 2000 kurzwelliges Laserlicht im ultravioletten Bereich (80–180 Nanometer). Ebenfalls in diesem Strahlungsbereich gelang die maximal mögliche Lichtverstärkung. Damit hatte das Laserlicht eine tausendfach höhere Spitzenleuchtstärke als die besten bisherigen Lichtquellen.
  • Die Ergebnisse eines ersten Experiments am Freie-Elektronen-Laser der Testanlage veröffentlichte ein internationales Wissenschaftlerteam im Dezember 2002 in der Fachzeitschrift Nature. Erstmalig konnten die Forscher dabei die Wechselwirkung von Materie (Clustern aus Edelgasatomen) mit intensivem Röntgenlicht aus einem Freie-Elektronen-Laser auf extrem kurzen Zeitskalen untersuchen.

Pilotanlage FLASH

In den Jahren 2003 und 2004 wurde die TESLA-Testanlage auf insgesamt 260 Meter verlängert und zu FLASH (Free-Electron Laser in Hamburg, früher VUV-FEL) ausgebaut. FLASH hat im Jahr 2005 den Nutzerbetrieb aufgenommen und erzeugt vakuum-ultraviolette Strahlung und weiche Röntgenstrahlung bis hinunter zu einer Wellenlänge von sechs Nanometern. FLASH wird bis 2009 der weltweit einzige Freie-Elektronen-Laser für den Bereich der weichen Röntgenstrahlung sein.

Neben der Forschung mit der erzeugten Strahlung dient FLASH auch als Pilotanlage für den European XFEL; so liefert der Betrieb von FLASH wichtige Erkenntnisse für den geplanten Röntgenlaser, der noch kürzere Wellenlängen bis hinunter zu einem Zehntel Nanometer erzeugen wird.

FLASH ist die erste Quelle für kurzwellige ultraviolette, laserlichtartige (kohärente) Strahlung und besticht durch seine extrem hohe Spitzenleuchtstärke und seine extrem kurzen Lichtpulse. Das wissenschaftliche Interesse ist entsprechend groß: Schon für die erste Messperiode (August 2005 bis März 2006) reichten rund 200 Wissenschaftler aus neun Ländern insgesamt 30 Projektvorschläge für Experimente aus Bereichen wie Cluster-, Festkörper-, und Oberflächenphysik, Plasmaforschung sowie Molekularbiologie ein.

FLASH – DESYs Pilotanlage für den European XFEL

Im Jahr 2005 hat der Freie-Elektronen-Laser FLASH bei DESY den Nutzerbetrieb aufgenommen – eine Pilotanlage für den European XFEL, die weiche Röntgenstrahlung bis hinunter zu sechs Nanometern erzeugt und bis 2009 der weltweit einzige Freie-Elektronen-Laser für diesen Wellenlängenbereich sein wird.

FLASH ist ein Freie-Elektronen-Laser bei DESY, der 2004 in Betrieb genommen wurde und an dem seit 2005 Experimente mit kurzwelliger ultravioletter Strahlung durchgeführt werden. Die Anlage hieß zunächst VUV-FEL (Vakuum-ultraviolett Freie-Elektronen-Laser) und wurde im April 2006 in FLASH (Freie-Elektronen-Laser in Hamburg) umbenannt.

Luftfoto von zahlreichen Gebäuden inmitten von viel Grün. Ein langgestreckter, schnurgerader Wall zeigt auf den Betrachter, im Vordergrund befindet sich eine futuristisch geformte, große Experimentierhalle. Ganz im Hintergrund die Elbe.
Der Freie-Elektronen-Laser FLASH bei DESY in Hamburg

Die Anlage wird schrittweise ausgebaut, sie wird weiche Röntgenstrahlung bis hinunter zu einer Wellenlänge von sechs Milliardstel Metern erzeugen. Bis zum Jahr 2009 wird FLASH dann der weltweit einzige Freie-Elektronen-Laser für den Bereich der weichen Röntgenstrahlung sein.

Neben der Forschung mit der erzeugten Strahlung dient FLASH auch als Pilotanlage für den XFEL; so liefert der Betrieb von FLASH wichtige Erkenntnisse für den geplanten Röntgenlaser, der noch kürzere Wellenlängen bis hinunter zu einem Zehntel Nanometer erzeugen wird. Zugleich können Wissenschaftler und Ingenieure an dieser Anlage die Entwicklungsarbeiten für einen neuen Linearcollider für die Teilchenphysik (ILC) fortführen.

FLASH ist insgesamt 260 Meter lang und ging als Ausbau aus der 100 Meter langen TESLA-Testanlage hervor. Die Anlage besteht aus hintereinander geschalteten supraleitenden Beschleunigungselementen, die Elektronen auf eine Energie von einer Milliarde Elektronenvolt beschleunigen. Anschließend durchläuft der Elektronenstrahl einen 30 Meter langen Undulator, der Strahlung nach einem selbstverstärkenden Prinzip (SASE) erzeugt. Die intensiven Lichtblitze werden dann auf insgesamt fünf Messplätze verteilt, wo sie Wissenschaftlern für ihre Forschungen zur Verfügung stehen.

FLASH ist die erste Quelle für kurzwellige ultraviolette, laserlichtartige (kohärente) Strahlung und besticht durch seine extrem hohe Spitzenleuchtstärke und seine extrem kurzen Lichtpulse. Das wissenschaftliche Interesse ist entsprechend groß: Schon für die erste Messperiode (August 2005 bis März 2006) reichten rund 200 Wissenschaftler aus neun Ländern insgesamt 30 Projektvorschläge für Experimente aus Bereichen wie Cluster-, Festkörper-, und Oberflächenphysik, Plasmaforschung sowie Molekularbiologie ein.