European XFEL - Medien

Schema eines Freie-Elektronen-Lasers

In einem Freie-Elektronen-Laser werden Elektronen in einem Teilchenbeschleuniger auf hohe Energien gebracht, fliegen anschließend in einem Slalomkurs durch eine besondere Magnetanordnung ("Undulator") und senden dabei laserartig gebündelte Strahlung aus.

Standort des European XFEL

Der Röntgenlaser ist eine 3,4 km lange Anlage, die zum Großteil unterirdisch verläuft. Der European XFEL beginnt bei DESY in Hamburg-Bahrenfeld und endet im Süden der Stadt Schenefeld (Kreis Pinneberg, Schleswig-Holstein), wo das Forschungsgelände errichtet werden wird.

Standort

Die 3,4 km lange Anlage beginnt bei DESY in Hamburg-Bahrenfeld und verläuft größtenteils unterirdisch bis zum Forschungsgelände im Süden der Stadt Schenefeld (Schleswig-Holstein).

DOP, FHH, Landesbetrieb Geoinf. und Vermessung, LGV41-07-130//DOP, (c) LVermA S-H 2007, S 389/07//Kerstin Schürmann/ formlabor

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Beschleunigung der Elektronen

Elektromagnetische Felder beschleunigen die Elektronen in den supraleitenden Resonatoren.

Supraleitender Beschleunigungselement

Beschleunigungsstrukturen aus Niob, so genannte Resonatoren, werden in supraleitenden Linearbeschleunigern eingesetzt. Bei minus 271 Grad Celsius verlieren sie ihren elektrischen Widerstand nahezu vollständig.

Erzeugung von Röntgenlaserblitzen in einem Undulator

Um die extrem kurzen und intensiven Röntgenlaserblitze zu erzeugen, werden hochenergetische Elektronenpakete durch spezielle Magnetanordnungen (Undulatoren) gelenkt.

European XFEL / Marc Hermann, tricklabor

Undulator

Um die extrem kurzen und intensiven Röntgenlaserblitze zu erzeugen, werden hochenergetische Elektronenpakete durch spezielle Magnetanordnungen (Undulatoren) gelenkt.

Fotomontage des Betriebsgeländes DESY-Bahrenfeld 1

Auf dem Betriebsgelände DESY-Bahrenfeld entstehen drei neue Gebäude: die oberirdische Halle zum unterirdischen Injektorkomplex, das Eingangsbauwerk mit Zugang zum Tunnel und daneben die große Modulatorhalle für die Stromversorgung.

European XFEL / Kontor B3

Fotomontage des Betriebsgeländes DESY-Bahrenfeld 2

Auf dem Betriebsgelände DESY-Bahrenfeld entstehen drei neue Gebäude: die oberirdische Halle zum unterirdischen Injektorkomplex, das Eingangsbauwerk mit Zugang zum Tunnel und daneben die große Modulatorhalle für die Stromversorgung.

European XFEL / Kontor B3

Visualisierung des Betriebsgeländes DESY-Bahrenfeld

Rechts: der Injektorbereich, in dem die Elektronen für die Anlage bereitgestellt werden. Mitte: das Eingangsbauwerk, über das der Zugang zum Beschleuniger erfolgt.

European XFEL, Kontor B3

Fotomontage des Betriebsgeländes Osdorfer Born

Unter dem 1,6 Hektar großen Betriebsgelände Osdorfer Born erfolgt die erste Verteilung der Elektronenpakete auf die Tunnel zur Lichterzeugung. Hier entstehen eine neue Halle sowie Infrastruktureinrichtungen für Strom, Lüftung und Wasser.

European XFEL / Kontor B3

Fotomontage des Betriebsgeländes Osdorfer Born 2

Unter dem 1,6 Hektar großen Betriebsgelände Osdorfer Born erfolgt die erste Verteilung der Elektronenpakete auf die Tunnel zur Lichterzeugung. Hier entstehen eine neue Halle sowie Infrastruktureinrichtungen für Strom, Lüftung und Wasser.

European XFEL / Kontor B3

Visualisierung des Betriebsgeländes Osdorfer Born

Unter dem Betriebsgelände Osdorfer Born beginnt die fächerartige Verzweigung der Tunnel. Hier werden die beschleunigten Elektronen zum ersten Mal auf Tunnel verteilt. Hier werden zudem alle Elektronen gestoppt, für die es keine weitere Verwendung gibt.

European XFEL / Kontor B3

Fotomontage des Betriebsgeländes Schenefeld 1

Auf dem etwa 15 Hektar großen Betriebsgelände Schenefeld ist das künftige Forschungszentrum angesiedelt, in dem rund 350 Personen arbeiten werden. Hier entstehen das große U-förmige Hauptgebäude sowie Versorgungshallen.

European XFEL / Kontor B3

Fotomontage des Betriebsgeländes Schenefeld 2

Auf dem etwa 15 Hektar großen Betriebsgelände Schenefeld ist das künftige Forschungszentrum angesiedelt, in dem rund 350 Personen arbeiten werden. Hier entstehen das große U-förmige Hauptgebäude sowie Versorgungshallen.

European XFEL / Kontor B3

Visualisierung der Experimentierhalle (Architekturbeispiel)

In der unterirdischen Experimentierhalle unter dem Hauptgebäude enden die Tunnel, aus denen die Röntgenlaserblitze zu den Experimentierstationen geleitet werden. Darüber befinden sich Labore und Büros, Seminarräume sowie eine Fachbibliothek.

Visualisierung des Hauptgebäudes mit Experimentierhalle

In der unterirdischen Experimentierhalle unter dem Hauptgebäude enden die Tunnel, aus denen die Röntgenlaserblitze zu den Experimentierstationen geleitet werden. Darüber befinden sich Labore und Büros, Seminarräume sowie eine Fachbibliothek.

European XFEL / Kontor B3

Visualisierung eines Undulatortunnels

Ein Großteil der Anlage befindet sich in Tunnelbauwerken unter der Erde. Hier werden die Elektronen beschleunigt und zur Lichtaussendung gebracht.

European XFEL / Kontor B3

Tunnelbohrmaschine auf der Baustelle Schenefeld

Die erste Tunnelbohrmaschine für den European XFEL beim Einlassen in die Baustelle Schenefeld.

Ankunft der ersten Tunnelbohrmaschine im Hamburger Hafen

Die erste der beiden Tunnelbohrmaschinen für den European XFEL ist am 29. April 2010 auf dem Wasserweg in Hamburg angekommen und wurde dort im Hafen bis zu ihrem Transport zur Baustelle Schenefeld zwischengelagert

European XFEL

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Interlocksystem der FLASH-Halle

Während des Betriebs von FLASH wird der Zugang zum Beschleuniger durch ein bei DESY übliches Kontrollsystem versperrt. Dazu gehört, dass der Beschleuniger automatisch abgeschaltet wird, sobald diese Tür im Betrieb geöffnet wird.

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Strahlrohr bei FLASH

Eines der Strahlrohre in der Experimentierhalle von FLASH

Experiment bei FLASH

Eines der Experimente an den Messstationen in der FLASH-Experimentierhalle.

Beugungsbild einer Nanostruktur

... aufgenommen in einem Experiment an der Freie-Elektronen-Laseranlage FLASH in Hamburg. Die Probe wurde einem einzigen ultrakurzen, extrem intensiven und kohärenten Laserpuls von nur 25 Femtosekunden Dauer ausgesetzt.

Nanostruktur und Rekonstruktur

Eine nur 20 Nanometer dicke und 20 Mikronmeter mal 20 Mikrometer große Membran mit einer eingeschnittenen Nanostruktur (zwei Cowboys in der Sonne) bildete die Probe in dem "single-shot image"-Experiment an der Freie-Elektronen-Laseranlage FLASH in Hamburg. Rechts: Rekonstruktion

Spitzenleuchtstärke im Vergleich

Die Spitzenleuchtstärke der Freie-Elektronen-Laser übertrifft die modernster Synchrotronstrahlungsquellen um mehrere Größenordnungen.

European XFEL

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Layout des Instruments SPB

Photon shutter (960 m), compression optics, apertures, intensity monitor, 1-20 μm focusing, differential pumping, extreme focusing (979 m), sample chamber (980 m), detectors, intensity monitor, spectrum monitor, wavefront monitor and beam stop (985 m)

European XFEL

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Layout of the experiment station MID

Photon shutter (950 m), apertures, intensity monitor, beam-split-and-delay, local monochromator, local focusing, differential pumping, extreme focusing (960 m), sample chamber (984 m), intensity monitors, time domain monitor, spectrum monitor, wavefront monitor, detectors (1004 m) and beam stop (1005 m)

European XFEL

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Layout of the experiment station FXE

Photon shutter (960 m), beam-split-and-delay, apertures, intensity monitor, differential pumping, visible laser in, sample chamber (975 m), detectors, time domain monitor, intensity monitor, spectrum monito and beam stop (980 m)

European XFEL

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Layout of the experiment station SQS

Photon shutter (400 m), apertures, intensity monitor, differential pumping, extreme focusing, visible laser in, sample chamber (920 m), detectors, intensity monitor, time domain monitor, spectrum monitor, wavefront monitor and beam stop (425 m)

European XFEL

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Layout of the experiment station SCS

Photon shutter (400 m), beam-split-and-delay, apertures, intensity monitor, differential pumping, visible laser in, extreme focusing (430 m), sample chamber (431 m), area X-ray detector, intensity monitor, time domain monitor, spectrum monitor, wavefront monitor and beam stop (440 m)

European XFEL

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Ribosom

Ribosome sind große Molekülkomplexe, die als Eiweißfabriken fungieren und in jeder Zelle vorkommen. Der Röntgenlaser XFEL eröffnet ganz neue Möglichkeiten, solche biologische Strukturen mit atomarer Auflösung aufzuklären, ohne sie zuvor aufwändig kristallisieren zu müssen.

MPG

Explosion eines Biomoleküls

Biomoleküle werden durch intensive Röntgenstrahlung zerstört. Das Bild zeigt eine Simulation dieses Vorgangs. Um ein brauchbares Bild von dem Biomolekül zu bekommen, muss man es extrem schnell aufnehmen, bevor die Probe zerstört wird. Dies wird am European XFEL möglich sein.

Chemische Reaktionen filmen

Zuerst wird eine chemische Reaktion durch einen Laserpuls ausgelöst. Ein zweiter Laserblitz macht jeweils zu verschiedenen Zeitpunkten Momentaufnahmen von den dabei ablaufenden Molekülveränderungen.

Clusterphysik

Cluster sind winzige Klümpchen aus Atomen oder Molekülen. Das Bild zeigt die Modellrechnung eines 17000 Atome großen Kupfer-Teilchens - ein Cluster, der bei katalytischen Prozessen eine Rolle spielt.

Plasmen erzeugen und untersuchen

Mit einem Röntgenlaser können Plasmen erzeugt werden, die so heiß wie das Innere riesiger Sterne sein können. Gleichzeitig bietet sich die Möglichkeit, mit einem Teil des Röntgenlaserstrahls die erzeugten Plasmen zeitlich aufgelöst zu untersuchen und so den Plasmazustand zu erforschen.

Luftbild des DESY-Geländes in Hamburg

Im Vordergrund ist die Experimentierhalle für den Freie-Elektronen-Laser FLASH zu sehen. Dahinter schließt sich das DESY-Gelände mit der langgestreckten Experimentierhalle von PETRA III an.

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Bilder