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Startschuss für die Superlampe

Physik. - Der europäische Röntgenlaser, kurz XFEL, wird einmal zu den teuersten Forschungsgeräten in ganz Europa zählen. Denn mit dem Dienstag im Hamburg gegebenen Startschuss gilt der Bau der mehr als drei Kilometer langen und fast eine Milliarde Euro teueren Anlage als sicher. Die Röntgenlampe der Superlative soll neue Einblicke auf atomarer Ebene geben.

Von Frank Grotelüschen | 05.06.2007

"Es ist eine Weichenstellung für die Entwicklung des Forschungsstandorts Europa."

Es sind große Worte, die Bundesforschungsministerin Annette Schavan für den Europäischen Röntgenlaser findet. 3,4 Kilometer soll der "Röntgenlicht-Freie-Elektronen-Laser", kurz XFEL (X-ray free-electron laser), lang sein, und ab nächstem Jahr in Hamburg gebaut werden, um im Jahre 2013 endlich zu leuchten. Basis des Riesenlasers ist ein unterirdischer Teilchenbeschleuniger, entwickelt vom Forschungszentrum Desy in Hamburg, sagt der Projektleiter, der Italiener Massimo Altarelli.

"Es funktioniert so: Wir beschleunigen Elektronen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit. Dann lassen wir sie durch lange Magneten laufen, und diese Magneten zwingen die Elektronen auf einen Zickzackkurs. Dabei geben die Elektronen Strahlung ab - und zwar kurze und extrem starke Röntgenblitze - viel, viel stärker als bei den Röntgenlampen, die wir heute haben."

Die Röntgenblitze, die der Laser ausspucken soll, sind unglaublich stark - milliardenfach intensiver als das Licht der heutigen Röntgenlampen. Doch was wollen die Forscher mit diesen extrem heftigen Blitzen anstellen? Nun, sie möchten damit die verschiedensten Stoffe durchleuchten, Eiweiße, Halbleiter, aber auch geologische Proben, sagt Altarelli.

"Wir werden zum Beispiel besser verstehen, wie chemische Reaktionen ablaufen. Oder wir werden exotische Materiezustände studieren, wie sie im Inneren von Sternen herrschen. Alle möglichen Felder, Materialwissenschaften, Chemie, Astrophysik, aber auch die Molekularbiologie, werden von unserer Anlage profitieren."

Einige Beispiele: Molekularbiologen wollen Bilder von einzelnen Eiweißmolekülen aufnehmen. Die Forschungsergebnisse - so die Hoffnung - könnten eines Tages beim gezielten Design von Medikamenten helfen. Geoforscher haben vor, künstliche Schockwellen durch Gesteinsproben zu jagen und mit den Röntgenblitzen zu analysieren. Damit möchten sie die gewaltigen Druckverhältnisse im Erdkern simulieren und herauskommen, was sich im Inneren unseres Planeten abspielt. Und Chemiker hoffen, Reaktionen regelrecht filmen zu können und in Zeitlupe zu erkennen, wie einzelne Atome miteinander reagieren. Die Erkenntnisse könnten bei der Entwicklung neuer Abgaskatalysatoren für Autos helfen.

"Doch man sollte schon sagen, dass es vor allem ein Werkzeug für die Grundlagenforschung sein wird. Die Wirtschaft wird von den Ergebnissen erst später profitieren, vielleicht fünf oder zehn Jahre nach den ersten Experimenten. Aber ich bin mir sicher: Eines Tages wird unsere Anlage von großem Nutzen sein, vor allem für die Mikro- und Nanoelektronik, aber auch für die Pharmaindustrie."

Zwar wird der Röntgenlaser in Hamburg stehen. Aber er ist ein europäisches Projekt. Neben Deutschland machen zwöf weitere Nationen mit, darunter Frankreich und Großbritannien, aber auch Russland und China. Das Ausland trägt ein Viertel der Kosten von 850 Millionen Euro, für den Rest müssen der Bund und die Länder Hamburg und Schleswig Holstein gerade stehen. Nur: Die Konkurrenz schläft nicht. Auch Japan und die USA bauen ähnliche Laser. Die dürften zwar eher als der europäische Röntgenlaser in Betrieb gehen, werden aber, sagt Massimo Altarelli, technisch unterlegen sein. Der Grund:

"Im Unterschied zu den Anlagen in Japan und den USA basiert der europäische Röntgenlaser auf einem so genannten supraleitenden Beschleuniger. Er muss zwar mit Flüssighelium auf minus 270 Grad Celsius gekühlt werden, erzeugt dafür aber wesentlich mehr Röntgenblitze - und zwar nicht nur 120 Blitze pro Sekunde wie bei Konkurrenz, sondern 30.000 Blitze."

Und genau das, sagt Altarelli, sei ein entscheidender Vorteil im internationalen Forscherwettbewerb.