Röntgen-Laser XFEL in Hamburg

Die Süddeutsche berichtet, glücklicherweise überhaupt, aber leider mal wieder sehr verkürzt über den offiziellen Baustart eines physikalisch tatsächlich innovativen Projektes am DESY in Hamburg. XFEL (X-Ray-Free-Electron-LASER), so heißt das 850 Mio. Euro teure europäische Großprojekt. XFEL ist ein 3,4 Kilometer langes Gerät, in dem Elektronen, durch Elektromagnete gelenkt, auf eine Schlingerbahn gebracht werden.

Ähnlich der sogenannten Synchrotronstrahlung, die entsteht, wenn man Elektronen auf einer großen Kreisbahn laufen lässt und dabei gezielt außerdem noch hin und wieder etwas in ihrer Bahn ärgert und damit zusätzlich beschleunigt, entsteht dabei nach den Regeln der speziellen Relativitätstheorie elektromagnetische Strahlung, im Röntgenbereich. Synchrotronstrahlung wird schon seit ….. beispielsweise am ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) im französischen Genf erzeugt und für wissenschaftliche Experimente aus allen möglichen Bereichen genutzt. Das Spannende ist aber das „…EL“. Denn der XFEL, wie die Süddeutsche leider nicht berichtet, gibt wie alle Laser kohärente Strahlung ab. Inkohärentes Licht kommt bei uns beispielsweise von der Sonne an und aus Glühbirnen oder Leuchtstoffröhren, denen thermische Lichtemission bzw. die spontane Emission in einer UV-nach-sichtbar-Umwaldlungsschicht zugrundeliegen. Im XFEL dagegen hat man es geschafft, einer Art stimulierte Emission einzustellen, die das Charakteristikum von LASERN (Light Amplification by the Stimulated Emission of RadiatioN) ist.

In einem kleinen Vortrag (en, pdf) von mir hatte ich auch einmal eine schöne Grafik verwendet (S. 41), die den wichtigsten Vorteil des XFEL klar herausstellt. Die sogenannte Brillianz (ein Maß für die Qualität von Strahlung, beinhaltet Fluss und Wellenlängenexaktheit/Monochromasie) macht einen Sprung um ca. 5 Zehnerpotenzen verglichen mit der besten bisher verfügbaren Strahlung z.B. am ESRF. Dazu kommt, dass man erwähnte Kohärenz bei einigen Versuchen ganz hervorragend gebrauchen kann, so zum Beispiel bei der in meinem Vortrag umrissenen „Phasenkontrast“-Methode, die dazu ideal ist, gute Durchleuchtungsbilder von beispielsweise biologischem Material zu machen.

Gerade lese ich übrigens in Vorbereitung meiner Diplomarbeit, lustigerweise vielleicht sogar etwas passend, ein spannendes Paper, wie durch Frequenzkonversion von Laserlicht tatsächlich in den „weichen“ Röntgenbereich (geringere Energie als „hartes“ Röntgenlicht) vorgedrungen werden kann. Ebenfalls kohärent la Laser. Erwartungsgemäßg in einem bisschen anderen Energiebereich und ziemlich anderen Brillianzbereichen. Dafür aber auch in Größe und Preis wohl nicht vergleichbar.