XFEL: Superlaser an European XFEL geliefert
Superlaser an European XFEL geliefert
Das HED Instrument bei European XFEL. Copyright: European XFEL / Jan Hosan
Ein mit Spannung erwartetes Hightech-Gerät ist bei European XFEL eingetroffen: Der Hochenergielaser DiPOLE 100-X, hergestellt in Großbritannien in der Central Laser Facility (CLF) des Science and Technology Facilities Council (STFC). Der im Rahmen der HIBEF-Nutzerkooperation hergestellte einzigartige Laser wird an der Experimentierstation für die Hochenergiedichte-Forschung (High-Energy Density, HED) am European XFEL eingesetzt, um extreme Temperaturen und Drücke in Materialien zu erzeugen. Die atomare Struktur und Dynamik dieser extremen Materialzustände kann dann mit den sehr hellen und intensiven Röntgenblitzen, die der European XFEL erzeugt, untersucht werden. Mit dieser Versuchsanordnung können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Bedingungen schaffen, die dem Inneren von Exoplaneten mit Temperaturen von bis zu 10000 °C und Drücken von bis zu 10.000 Tonnen pro Quadratzentimeter ähneln. Dies entspricht zum Beispiel dem Gewicht von 2000 Elefanten, das auf eine briefmarkengroße Fläche drückt.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben bereits mehr als 3000 Planeten außerhalb unseres eigenen Sonnensystems entdeckt. Die Bandbreite der Elementezusammensetzung, der Masse und der Druck- und Temperaturbedingungen in und auf diesen Planeten ist vielfältig, aber bisher noch weitgehend unerforscht. Bis vor kurzem war es nicht möglich, ähnliche Bedingungen im Labor zu untersuchen. Jetzt werden neu entwickelte Hochdruck-Experimentiertechniken in Verbindung mit den Parametern des neuen Hochenergielasers und den intensiven Röntgenblitzen des European XFEL Röntgenbeugungs- und Spektroskopieexperimente ermöglichen, die für die erstmalige Untersuchung dieser Planeten erforderlich sind.
"Man geht davon aus, dass die Arten von Elementen wie Kohlenstoff und Eisen, die auf einigen dieser Exoplaneten gefunden werden, anderswo nicht existieren", sagt Ulf Zastrau, Gruppenleiter am HED- Instrument + am European XFEL. "Bisher war es technisch nicht möglich, diese faszinierenden Welten mit Röntgenstrahlen zu untersuchen, weil wir in unserem Labor keine so extremen Temperaturen und Drücke erzeugen konnten. Mit der Ankunft des neuen Hochenergielasers sind wir nun einen Schritt näher, das Verhalten, die Zusammensetzung und die Bedingungen dieser Planeten untersuchen zu können. Dies eröffnet wirklich ein völlig neues Feld der wissenschaftlichen Erforschung."
CLF Direktor Prof. John Collier sagte: "Ich bin hocherfreut, dass unsere neueste Generation der DiPOLE-Lasertechnik nun bei European XFEL installiert wird. Die einzigartige Kombination der DiPOLE Laserstrahlung mit dem European XFEL-Strahl wird die Labor-Astrophysik und die Untersuchung extremer Zustände verändern, Die hohe DiPOLE Pulsrate wird die Geschwindigkeit der Datenaufnahme einen deutlichen Schritt voranbringen. Sie wird die Genauigkeit der Messungen sowie die Möglichkeit bislang nicht beobachtbarer Effekte nachzuweisen um mehrere Größenordnungen verbessern."
Der Hochintensitätslaser des HIBEF-Nutzerkonsortiums wurde 2018 als erste Lasersystem am HED-Instrument. Copyright: European XFEL / Jan Hosan
Die Installation und Inbetriebnahme des DiPOLE 100-X haben begonnen, die ersten Experimente sind im Laufe des nächsten Jahres vorgesehen. Der Hochenergielaser ist das zweite Lasersystem, das am HED-Instrument installiert wird. Ein weiterer Laser, ein kommerziell erhältliches 400 TW-Hochleistungslasersystem, wurde vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) als Teil des HIBEF-Nutzerkonsortiums beigesteuert und 2018 installiert.
Construction of the DiPOLE 100-X laser was funded by joint equipment grants from the Science and Technology Facilities Council (STFC) and the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).
