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Home - Nachrichten - 2016 - Supraleitender Teil des European XFEL Beschleunigers fertiggestellt

Meldung, 26. September 2016

Supraleitender Teil des European XFEL Beschleunigers fertiggestellt

96 Module in 1,7 Kilometer langem Tunnelabschnitt installiert

Ein weiterer wichtiger Meilenstein beim Bau des Röntgenlasers European XFEL ist erreicht: Der 1,7 Kilometer lange, supraleitende Beschleuniger des European XFEL ist im Tunnel installiert. Der Linearbeschleuniger wird mit annähernd Lichtgeschwindigkeit fliegende Elektronenpakete auf die extrem hohe Energie von 17.5 Gigaelektronenvolt beschleunigen. Die Beschleunigung erfolgt dabei in sogenannten Resonatoren, die auf eine Temperatur von -271 Grad Celsius abgekühlt sind. Die Elektronenpakete erzeugen im nächsten Teil der Anlage Röntgenlichtblitze, die Forscherinnen und Forschern neue Einblicke in den Nanokosmos ermöglichen werden. Der European XFEL-Beschleuniger soll in den nächsten Wochen schrittweise die Arbeit aufnehmen. Er wird dann der größte und leistungsfähigste Linearbeschleuniger seiner Art auf der Welt sein. Am 6. Oktober wird European XFEL die Inbetriebnahme des gesamten Röntgenlasers inklusive Beschleuniger offiziell einleiten. Der Nutzerbetrieb des European XFEL soll ab Mitte 2017 beginnen.

Gebaut hat den Beschleuniger ein internationales Konsortium von 17 Forschungseinrichtungen unter Federführung des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY, das auch Hauptgesellschafter des European XFEL ist. Zentraler Bestandteil sind 96 je zwölf Meter lange Beschleunigermodule, in denen umgeben von flüssigem Helium fast 800 Resonatoren aus hochreinem Niob eingebettet sind. In ihrem Inneren werden die Elektronen beschleunigt. Die Leistungsfähigkeit der gemeinsam mit Partnern in der Industrie gefertigten Module lag im Schnitt 16 Prozent über dem geforderten Wert, so dass die ursprünglich vorgesehene Zahl von 100 Modulen auf 96 reduziert werden konnte.

Mit Hilfe eines mobilen Reinraums stellen Techniker die Verbindungen zwischen zwei Beschleunigermodulen im Tunnel her.
Heiner Müller-Elsner / European XFEL | Zum Vergrößern auf das Bild klicken.

„Ich gratuliere unserem Beschleunigerteam zu diesem Meilenstein und danke allen Beteiligten für ihre Ausdauer und ihren unermüdlichen Einsatz“, sagt der Vorsitzende des DESY-Direktoriums Prof. Helmut Dosch. „Hier haben die einzelnen Gewerke wie die Zahnräder eines Uhrwerks ineinandergegriffen, um den weltweit modernsten und leistungsstärksten Linearbeschleuniger zu bauen. Dass dies im engen Kostenplan umgesetzt wurde, dafür habe ich höchste Anerkennung.“

European XFEL-Geschäftsführer Prof. Massimo Altarelli erklärt: „Wir freuen uns, dass die Installation der Beschleunigermodule nun erfolgreich abgeschlossen ist. Das ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zum Nutzerbetrieb im nächsten Jahr. Auf diesem Weg gab es zahlreiche Herausforderungen, die wir in den vergangenen Monaten und Jahren gemeinsam erfolgreich angegangen sind. Ich danke DESY und unseren europäischen Partnern für ihren großen Einsatz, und wir blicken gemeinsam mit Spannung und auf die nächsten Wochen und Monate, wenn der Beschleuniger in Betrieb geht.“

Der European XFEL-Beschleunigertunnel.
European XFEL | Zum Vergrößern auf das Bild klicken.

Der französische Projektpartner CEA in Saclay hat die Module montiert, Mitarbeiter des polnischen Partnerinstituts IFJ PAN in Krakau haben bei DESY jedes Einzelne vor dem Einbau in den zwei Kilometer langen Beschleunigertunnel auf Herz und Nieren getestet. Magnete zur Fokussierung und Lenkung des Elektronenstrahls in den Modulen kamen vom spanischen Forschungszentrum CIEMAT in Madrid, die Niob-Resonatoren haben Firmen aus Deutschland und Italien unter Federführung der Forschungszentren DESY und INFN/LASA in Mailand hergestellt. Russische Projektpartner wie das Efremov-Institut in St. Petersburg und das Budker Institut in Novosibirsk haben verschiedene Bauteile für Vakuumkomponenten des Beschleunigers geliefert sowie Magnete, in denen der Elektronenstrahl im nicht supraleitenden Teil der Anlage bei Raumtemperatur weitergeleitet und fokussiert wird. Darüber hinaus kommen viele weitere von DESY und seinen Partnern hergestellte Komponenten zum Einsatz, unter anderem zur Diagnose oder Stabilisierung des Elektronenstrahls.

Im Oktober soll der Beschleuniger in mehreren Schritten in Betrieb gehen. Sobald das System für die Zugangskontrolle installiert ist, kann das Innere der Module langsam auf die Betriebstemperatur von zwei Grad über dem absoluten Nullpunkt – kälter als im Weltraum – abgekühlt werden. Dann können DESY-Wissenschaftler die ersten Elektronen durch den Beschleuniger schießen. Sie werden zunächst in einem Elektronenfänger am Ende des Beschleunigers aufgefangen, bis alle Strahleigenschaften optimiert sind. Erst dann wird der Elektronenstrahl weitergeleitet zu den röntgenlichterzeugenden Magnetstrukturen, den Undulatoren. Hier bringen abwechselnd gepolte Magnete die Elektronenpakete auf bis zu 210 Meter langen Strecken auf einen engen Slalomkurs. In einem sich selbst lawinenartig verstärkenden Prozess entstehen dabei extrem helle und kurze Röntgenblitze mit laserartigen Eigenschaften. Die Bedingungen dafür zu erreichen ist technisch sehr anspruchsvoll, unter anderem müssen die vom Beschleuniger gelieferten Elektronenpakete exakt den Vorgaben entsprechen. Die beteiligten Forscher haben jedoch Anlass zu Optimismus: Alle Grundprinzipien und Techniken sind im Freie-Elektronen-Laser FLASH bei DESY, dem Prototypen für den European XFEL, erprobt. Im European XFEL selbst wurde bereits im Juli die Inbetriebnahme des 30 Meter langen Injektors erfolgreich abgeschlossen. Der Injektor erzeugt die Elektronenpakte für den Hauptbeschleuniger und beschleunigt sie in einem ersten Schritt bereits auf annähernd Lichtgeschwindigkeit.

Der Beginn des Nutzerbetriebs, der den letzten Schritt des Übergangs von der Bau- in die Betriebsphase markiert, ist für Sommer 2017 vorgesehen.