Serie „XFEL leicht erklärt“ : Zu Besuch im XFEL Schenefeld: Wie der stärkste Röntgenlaser der Welt funktioniert

Kleine Teilchen stehen im Fokus der Forschung bei XFEL.  Fotos: European XFEL
Kleine Teilchen stehen im Fokus der Forschung bei XFEL. Fotos: European XFEL

shz.de bringt Ihnen in der neuen Serie „XFEL leicht erklärt“ die Welt der kleinen Teilchen näher.

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13. August 2018, 13:00 Uhr

Schenefeld | Im beschaulichen Schenefeld steht der stärkste Röntgenlaser der Welt: Hinter dem Namen European XFEL steckt eine Forschungsanlage der Superlative: Erzeugt werden ultrakurze Laserlichtblitze im Röntgenbereich – 27.000-mal in der Sekunde und mit einer Leuchtstärke, die milliardenfach höher ist als die der besten Röntgenstrahlungsquellen herkömmlicher Art. Wie verhalten sich Moleküle und Atome? Wer hat je so genau in den Nanokosmos geschaut? European XFEL soll solche Blicke ermöglichen. In einem Thema der Woche widmet sich shz.de der Forschungseinrichtung – und wagt sich an eine hochkomplexe Materie.

Insgesamt 1,22 Milliarden Euro kostet  das Großprojekt XFEL in Schenefeld und Hamburg bislang. Im  Januar 2009 war der Baustart im Kreis Pinneberg. Ein 3,4 Kilometer langer Tunnel führt von Hamburg-Bahrenfeld nach Schenefeld. In einer Experimentierhalle wird mit Röntgenblitzen geforscht. Damit sind 3-D-Aufnahmen auf atomarer Ebene möglich. Am Bau und Betrieb haben sich Deutschland, Dänemark, Frankreich, Italien, Polen, Russland, Schweden, die Schweiz, die Slowakei, Spanien und Ungarn beteiligt. Großbritannien ist das neueste Mitglied. Der wichtigste Partner ist das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY) in Bahrenfeld.

Forscher aus aller Welt horchten auf, als im September vor fast einem Jahr die Forschungseinrichtung XFEL in Schenefeld mit Vertretern aus Politik und Wissenschaft offiziell eingeweiht wurde. Von außen scheint die Einrichtung fast schon unspektakulär. Weiße und schwarze Quader ragen im Industriegebiet in die Höhe. Doch interessant wird es erst unter der Erde. Dort befindet sich das Herz der Anlage: die Experimentierhalle mit dem angeschlossenen Tunnel, der bis nach Hamburg Bahrenfeld reicht. 3,4 Kilometer lang ist die Entfernung. Lang genug, um extrem intensive Röntgenlaserblitze darin zu erzeugen – und sie am Ende des Tunnels für die Forschung zu nutzen. Zwischen 6 und 38 Meter ist der Tunnel tief. In den sogenannten Experimentierhütten werden Proben mit Röntgenlaserblitzen beschossen, um so deren innere Struktur zu offenbaren.

Die Röhren verlaufen unterirdisch zwischen Hamburg und Schenefeld.
European XFEL
Die Röhren verlaufen unterirdisch zwischen Hamburg und Schenefeld.
 

Der Bau der Anlage hat insgesamt 1,22 Milliarden Euro gekostet. Wozu all der Aufwand gut sein soll? Darum wird es heute und in den folgenden Teilen der Serie „XFEL – leicht erklärt“ gehen. Die Abkürzung XFEL steht für das englische X-Ray Free-Electron Laser. Das heißt übersetzt: Freie-Elektronen-Laser für Röntgenstrahlen. Die Hoffnung hinter der Forschungseinrichtung ist, sehr kleine Dinge durch Licht sichtbar zu machen, die keine andere Methode auf der Welt zeigen kann. Diese Grundlagenforschung kann beispielsweise Erkenntnisse bringen für die Entwicklung von Medikamenten oder bei der Entwicklung neuer Technologien – Stichwort: erneuerbare Energien.

Zu der Einrichtung gehören insgesamt drei Betriebsgelände. Das sind DESY-Bahrenfeld (etwa zwei Hektar groß), Osdorfer Born (etwa eineinhalb Hektar groß) und Schenefeld (etwa 15 Hektar groß). In Schenefeld befindet sich der neue Forschungscampus. Als Hauptgesellschafter ist DESY in den Betrieb der Anlage maßgeblich involviert.

Hier wird eine sogenannte Strahlführungs-Installation im Photonen-Tunnel XTD9 gezeigt.
European XFEL
Hier wird eine sogenannte Strahlführungs-Installation im Photonen-Tunnel XTD9 gezeigt.

Zunächst geht es an den Anfang: Der Bau des am 5. Februar 2003 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) genehmigten europäischen Röntgenlasers sollte ursprünglich in 2006 beginnen, verzögerte sich jedoch. Die Idee stammt vom Hauptgesellschafter DESY. Das Deutsche Elektronen-Synchrotron – kurz DESY – ist ebenfalls ein Forschungszentrum für naturwissenschaftliche Grundlagenforschung. DESY betreibt den Teilchenbeschleuniger. Die Bauarbeiten begannen am 8. Januar 2009 und dauerten bis 2017.

Dass Schenefeld zum Standort geworden ist, liegt an der Lage in der Nähe des DESY-Areals. Ein Glücksfall für die Stadt – mehr als 400 Mitarbeiter arbeiten bereits auf dem Gelände. Zudem nutzen seit der Eröffnung Wissenschaftler aus aller Welt die Einrichtung für ihre Forschung.

European XFEL ist ein internationales Projekt. Als Sitzland trägt Deutschland (Bund, Hamburg und Schleswig-Holstein) 58 Prozent der Baukosten. Russland hat 27 Prozent und die anderen internationalen Partner zwischen einem und drei Prozent der Finanzierung übernommen. Beim Tag der offenen Tür hat sich XFEL bereits der Öffentlichkeit präsentiert. Ein Besucherzentrum ist in Planung. „Die Finanzierung ist aber noch nicht abschließend geklärt“, sagt Pressesprecher Bernd Ebeling. „Es gibt beim Land Schleswig-Holstein die Bereitschaft, das Projekt zu unterstützen, wenn die Finanzierung sichergestellt ist. Daran arbeiten wir derzeit.“

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