XFEL: Schnellste Weiche-Röntgenkamera der Welt bei European XFEL installiert
Schnellste Weiche-Röntgenkamera der Welt bei European XFEL installiert
European XFEL feiert die erfolgreiche Installation des DSSC. Der Detektor ist hinter der Gruppe in der Mitte des Bildes zu sehen.Von links nach rechts: European XFEL Geschäftsführerin und Verwaltungsdirektorin Nicole Elleuche, Leiter der European XFEL Detektor Gruppe Markus Kuster, European XFEL Geschäftsführer Robert Feidenhans'l, DSSC-Projekt- und Konsortialleiter Matteo Porro, Detektorwissenschaftlerin Monica Turcato, Gruppenleiter bei SCS Andreas Scherz. Copyright European XFEL
Beim European XFEL bei Hamburg wurde die schnellste Kamera für weiche Röntgenstrahlung der Welt erfolgreich auf Herz und Nieren geprüft. Die Installation, Inbetriebnahme und der Betrieb des einzigartigen Detektors markiert den Höhepunkt von über einem Jahrzehnt internationaler Zusammenarbeit. Der so genannte DSSC-Detektor, der speziell für die niedrigen Energien und langen Röntgenwellenlängen der European XFEL Instrumente für weiche Röntgenstrahlen entwickelt wurde, wird die wissenschaftlichen Fähigkeiten des Instruments für Spektroskopie und Kohärente Streuung (SCS) erheblich erweitern. Hier wird er ultraschnelle Untersuchungen von elektronischen Spin- und Atomstrukturen im Nanobereich unter Verwendung jedes Röntgenblitzes des European XFEL ermöglichen. Ende Mai wurden die ersten wissenschaftlichen Experimente mit der DSSC Kamera am SCS Instrument erfolgreich durchgeführt.
Streubild einer Lochmaske die mit Photonen mit einer Energie von 707 eV beleuchtet wurde. Das Streubild wurde während der Inbetriebnahme des DSSC Detektors am SCS Experiment mit einer Auslesefrequenz von 4.5 MHz aufgenommen. Copyright European XFEL
Der DSSC Detektor wurde von einem internationalen Konsortium entwickelt, das vom European XFEL koordiniert wird. Weitere Partner sind das DESY, die Universität Heidelberg, das Politecnico di Milano, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare und die Universität Bergamo. Es ist der vierte schnelle Röntgendetektor, der am European XFEL in Betrieb genommen wurde und der zweite Detektor, der für Experimente dem SCS Instrument zur Verfügung steht.
Dr. Matteo Porro, DSSC-Projekt- und Konsortialleiter, sagte: "Dies ist eine fantastische Leistung in Bezug auf die Detektorentwicklung und eröffnet der Photonen-Wissenschaftsgemeinschaft einzigartige Möglichkeiten. Mit dem DSSC Detektor haben wir gezeigt, dass es möglich ist, einzelne Photonen im weichen Röntgenbereich mit der sehr hohen Pulswiederholrate des European XFEL abzubilden. Ich möchte allen DSSC-Konsortiummitgliedern danken, durch deren Engagement und Kreativität dies erst ermöglicht wurde. Es war ein Privileg, mit Kollegen zusammenzuarbeiten, die ein so außergewöhnliches Know-how im Bereich Detektor- und Elektronikdesign mitbringen."
Während eines Experiments werden Röntgenblitze auf die zu untersuchende Probe abgefeuert. Die Röntgenstrahlen werden von den Atomen in der Probe gestreut, was zu einem unverwechselbaren Muster führt, das von dem Detektor hinter der Probe aufgezeichnet und gespeichert wird. Der European XFEL liefert Röntgenblitze in Paketen die als Züge bezeichnet werden. Jeder Zug enthält maximal 2700 Röntgenblitze, die in schneller Folge mit einer Zeitdifferenz von 220 Nanosekunden abgefeuert werden. Bei voller Leistung kann der DSSC-Detektor Bilder mit einer Rate von 4,5 Millionen Bildern pro Sekunde aufnehmen, was der Geschwindigkeit der Röntgenblitze des European XFEL entspricht. Für jeden Zug kann der DSSC-Detektor 800 Bilder mit einem Megapixel speichern. Damit ist der DSSC der schnellste abbildende Detektor für weiche Röntgenstrahlen der Welt. Es wurde entwickelt und gebaut, um den niedrigen Energiewerten und den langen Wellenlängen Rechnung zu tragen, die für die weichen Röntgeninstrumente des European XFEL einzigartig sind. Der DSSC-Detektor basiert auf Silizium-Sensoren und besteht aus 1024 x 1024 hexagonalen Pixeln für eine aktive Gesamtfläche von 210 x 210 mm2.
Der DSSC-Detektor mit MiniSDD-Sensoren ausgestattet. Copyright DESY/Karsten Hansen
Der DSSC-Detektor ist derzeit mit sogenannten MiniSDD-Sensoren ausgestattet, die vom Halbleiterlabor der Max-Planck-Gesellschaft in München hergestellt wurden. Die PNSensor GmbH mit Sitz in München ist kürzlich dem DSSC-Konsortium beigetreten, um einen weiteren Sensortyp, DePFET, für eine zweite verbesserte DSSC-Kamera weiter zu entwickeln. Damit kann ein noch höhere Detailtiefe als bisher erreicht werden.
"Nach Jahren des Designs und der Entwicklung war es toll zu sehen, wie die einzelnen Detektorkomponenten im vergangenen Jahr beim European XFEL zu einer Kamera zusammen gebaut wurden. Das war eine äußerst spannende und intensive Zeit." Dr. Markus Kuster, Leiter der European XFEL Detektor Gruppe, sagt. "Angesichts der Ergebnisse des ersten wissenschaftlichen Experiments mit dem DSSC Detektor, bin ich stolz auf das gesamte Projektteam und freue mich, dass unsere Bemühungen nun Früchte tragen. Das ist ein fantastischer Start für die zukünftige Entwicklung der DSSC-Detektortechnologie."
