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Pilotanlage FLASH

Bei FLASH handelt es sich um eine kleine Version des European XFEL, an der schon heute Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen. Beide Anlagen unterscheiden sich vornehmlich in der Wellenlänge der erzeugten Lichtblitze.

FLASH ist ein Freie-Elektronen-Laser bei DESY, der 2004 in Betrieb genommen wurde und an dem seit 2005 Experimente mit kurzwelliger ultravioletter Strahlung und weichem Röntgenlicht durchgeführt werden. Die Anlage ist 260 Meter lang und erzeugt weiche Röntgenstrahlung bis hinunter zu einer Wellenlänge von sechs Nanometern (milliardstel Metern). Bis zum Jahr 2009 war FLASH der weltweit einzige Freie-Elektronen-Laser für den Bereich der weichen Röntgenstrahlung.

 
Strahlrohr bei FLASH
Eines der Strahlrohre in der Experimentierhalle von FLASH
© DESY 2005
 
Experiment bei FLASH
Eines der Experimente an den Messstationen in der FLASH-Experimentierhalle.
© DESY 2005

Der Aufbau von FLASH entspricht dem des European XFEL: Die Anlage besteht aus hintereinander geschalteten supraleitenden Beschleunigungselementen, die Elektronen auf eine Energie von einer Milliarde Elektronenvolt beschleunigen. Anschließend durchläuft der Elektronenstrahl einen 30 Meter langen Undulator, der Strahlung nach einem selbstverstärkenden Prinzip (SASE) erzeugt. Die intensiven Lichtblitze werden dann auf insgesamt fünf Messplätze verteilt, wo sie Wissenschaftlern für ihre Forschungen zur Verfügung stehen.

Neben der Forschung mit der erzeugten Strahlung dient FLASH auch als Pilotanlage für den European XFEL, der noch kürzere Wellenlängen bis hinunter zu einem zehntel Nanometer erzeugen wird. Der Betrieb von FLASH liefert wichtige Erkenntnisse für den European XFEL. Zugleich führen Wissenschaftler und Ingenieure an dieser Anlage die Entwicklungsarbeiten für den für die Teilchenphysik geplanten Internationalen Linearcollider ILC fort.

FLASH hieß zunächst VUV-FEL (Vakuum-ultraviolett Freie-Elektronen-Laser) und wurde im April 2006 in FLASH (Freie-Elektronen-Laser in Hamburg) umbenannt. FLASH ging als Ausbau aus der 100 Meter langen TESLA-Testanlage hervor.

Forschung bei FLASH

FLASH war die erste Quelle für kurzwellige ultraviolette, laserlichtartige (kohärente) Strahlung und besticht durch seine extrem hohe Spitzenleuchtstärke und seine extrem kurzen Lichtpulse. Das wissenschaftliche Interesse ist entsprechend groß: Schon für die erste Messperiode (August 2005 bis März 2006) reichten rund 200 Wissenschaftler aus neun Ländern insgesamt 30 Projektvorschläge für Experimente aus Bereichen wie Cluster-, Festkörper-, und Oberflächenphysik, Plasmaforschung sowie Molekularbiologie ein.

 
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.
© DESY
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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
© DESY
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Insbesondere war FLASH bis 2009 die einzige Strahlungsquelle auf der Welt, an der neuartige Experimentiermethoden für künftige Röntgenlaser studiert werden können. Ein bedeutender Durchbruch gelang bereits in einem der ersten Experimente an FLASH: Die Forscher konnten erstmals mit einem einzigen Laserblitz ein hochaufgelöstes Beugungsbild einer nichtkristallinen Probe aufnehmen. Dies zeigt, dass es schon in naher Zukunft möglich sein sollte, mit Hilfe eines einzigen ultrakurzen, extrem intensiven Laserpulses Bilder von Nanoteilchen oder sogar von einzelnen großen Makromolekülen – Viren oder Zellen – aufzunehmen, ohne die Proben vorher aufwändig kristallisieren zu müssen.

Mehr zu FLASH erfahren Sie hier.