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Im Vergleich

Der European XFEL und FLASH

Bei der DESY-Anlage FLASH handelt es sich um eine kleine Version des zukünftigen European XFEL. Beide Lichtquellen erzeugen Röntgenstrahlung, die sich vornehmlich in ihrer Wellenlänge unterscheidet.

FLASH und der European XFEL arbeiten nach demselben Prinzip: Zunächst werden Elektronen in einem Beschleuniger auf hohe Energien gebracht. Anschließend werden die Elektronen zur Aussendung von hochintensiven Röntgenlaserblitzen veranlasst.

Das Licht der beiden Anlagen unterscheidet sich insbesondere in der Wellenlänge (Farbe). Während hier bei FLASH rund vier Nanometer (= sechs milliardstel Meter) erzielt werden, wird der European XFEL Laserlicht mit über 80-fach kürzeren Wellenlängen erzeugen. Lassen sich mit dem Licht von FLASH bereits einzelne Moleküle erkennen, werden am European XFEL sogar deren atomare Strukturen beobachtbar sein.

FLASH befindet sich bereits seit 2005 im Messbetrieb und wird seitdem weiterentwickelt. Schon jetzt sind an FLASH neue Experimentiermethoden im Einsatz und vollkommen neue Experimente möglich. Diese können in den nächsten Jahren verfeinert werden und stehen dann auch für die Forschung am European XFEL zur Verfügung.

FLASH ist eine Einrichtung des Helmholtz-Forschungszentrums DESY und befindet sich auf dessen Gelände in Hamburg. Der European XFEL wird etwa 10-mal so groß sein wie FLASH. Die Anlage entsteht zwischen dem DESY-Gelände und der Stadt Schenefeld und wird von einer eigenständigen Forschungsorganisation, der European XFEL GmbH, gebaut und betrieben.

Mehr über FLASH

European XFEL FLASH
Abkürzung für European X-ray Free-Electron Laser
(Freie-Elektronen-Laser für Röntgenlicht)
Freie-Elektronen-Laser in Hamburg
Start der Inbetriebnahme 2015 2004
Länge des Beschleunigers 1,7 Kilometer 0,15 Kilometer x11
Länge der Anlage 3,4 Kilometer 0,3 Kilometer × 11
Anzahl der Beschleunigermodule 100 7 × 14
Maximale Elektronenenergie 17,5 Milliarden Elektronenvolt 1 Milliarde Elektronenvolt × 17,5
Minimale Wellenlänge des Laserlichts 0,05 Nanometer
(Größenordnung eines Atoms)
4,1 Nanometer
(Größenordnung eines Moleküls)
× 1/82
Zahl der Undulatoren (Magnetstrukturen zur Lichterzeugung) 5 1
Anzahl der Experimentierplätze 10
vollständig instrumentiert
5 × 2
Standort Hamburg und Schenefeld Hamburg
Betreiber European XFEL GmbH DESY

Der European XFEL im internationalen Vergleich

Neben dem European XFEL entstehen auch in den USA und in Japan Lichtquellen der nächsten Generation. Der European XFEL wird als letzte der drei Anlagen den Messbetrieb aufnehmen, besticht aber durch seine Leistung.

Weltweit werden Röntgenlaseranlagen gebaut: LCLS in Kalifornien, SACLA in Japan und der European XFEL in Deutschland. Die Prinzipien der Anlagen sind ähnlich. Zunächst werden Elektronen auf hohe Energien beschleunigt und dann zur Erzeugung von hochintensiven Röntgenlaserblitzen angeregt. Doch während dazu bei LCLS und SACLA konventionelle Beschleunigertechnologien zum Einsatz kommen, arbeitet der European XFEL supraleitend bei minus 271 Grad Celsius.

 
Spitzenleuchtstärke im Vergleich
Die Spitzenleuchtstärke der Freie-Elektronen-Laser übertrifft die modernster Synchrotronstrahlungsquellen um mehrere Größenordnungen.
European XFEL
Zum Vergrößern auf das Bild klicken.

Die Supraleitung ermöglicht einen Elektronenstrahl, der aus vielen hintereinander gereihten Elektronenpaketen besteht und von besonders hoher Qualität ist. Dadurch lassen sich am European XFEL zum einen weit mehr Lichtblitze pro Sekunde erzeugen als an den beiden anderen Standorten. Zum anderen erhöht sich so die Ausbeute an verwertbaren Lichtblitzen. Bestimmte Experimente werden daher nur am European XFEL möglich sein, andere können weit schneller durchgeführt werden. Auch lassen sich mit der höheren Anzahl von Elektronenpaketen mehr Messplätze gleichzeitig bedienen.

LCLS SACLA European XFEL
Abkürzung für Linac Coherent Light Source SPring-8 Angstrom Compact Free Electron Laser European X-Ray Free-Electron Laser
Standort Kalifornien, USA Japan Deutschland
Start der Inbetriebnahme 2009 2011 2016
Beschleuniger-Technologie normalleitend normalleitend supraleitend
Anzahl der Lichtblitze pro Sekunde 120 60 27 000
Minimale Wellenlänge für Laserlicht 0,15 Nanometer 0,08 Nanometer 0,05 Nanometer
Maximale Elektronenenergie 14,3 Milliarden Elektronenvolt 6-8 Milliarden Elektronenvolt 17,5 Milliarden Elektronenvolt
Länge 3 Kilometer 750 Meter 3,4 Kilometer
Zahl der Undulatoren (Magnetstrukturen zur Lichterzeugung) 1 3 5
Zahl der Messplätze 3 – 5 4 6, ausbaubar auf 10
Spitzenleuchtstärke (Spitzenbrillanz)
[Photonen / s / mm2 / mrad2/ 0,1% Bandbreite]
2·1033 1·1033 5·1033
Durchschnittliche Leuchtstärke (Brillanz)
[Photonen / s / mm2 / mrad2/ 0,1% Bandbreite]
2,4·1022 1,5·1023 1,6·1025