Lichtquellen

Der European XFEL erzeugt Röntgenblitze mit Hilfe beschleunigter Elektronen. Dies geschieht in sogenannten Undulatoren - langen Strecken mit wechselnden Magentfeldern.

 

Segmente eines der European XFEL-Undulators. Auf den großen horizontalen Trägern sind Permanentmagneten über und unter der Elektronenstrahlführung angeordnet. Sie erzeugen die wechselden magnetischen Felder für die Röntgen-Lichterzeugung. (Foto: Heiner Müller-Elsner / European XFEL)

Undulatoren sind Strecken mit alternierend angeordneten Permanent-Magneten. Diese zwingen die beschleunigten Elektronen auf einem engen Slalomkurs. Bei jeder Richtungsänderung emittieren die Elektronen Röntgenlicht. Die Wechselwirkung der Röntgenstrahlen mit den Elektronen und die Anordnung der Magneten im Undulator lässt Licht mit laserartigen Eigenschaften entstehen, bei dem die Wellen in Phase schwingen.

Der European XFEL verfügt über drei verschiedene Undulatoren - Lichtquellen, die Röntgenblitze mit unterschiedlichen Eigenschaften für die Instrumente in der Experimentierhalle der Anlage erzeugen.

Die Undulatoren bestehen aus zahlreichen 5 Meter langen Segmenten, die hintereinander angeordnet sind. In den 1,1 Meter langen Lücken zwischen den Segmenten befinden sich Apparaturen für die Elektronenstrahldiagnose und -steuerung.

Die Stärke der Magnetfelder kann über den Abstand zum Elektronenstrahl variiert werden - ein höheres Magnetfeld führt zu einem breiteren Slalomverlauf und zu Röntgenstrahlung mit einer längeren Wellenlänge.

Undulatoren sind Arrays von Permanentmagneten, die in einem alternierenden Muster platziert werden. Wenn beschleunigte Elektronen in einen Undulator eintreten, fangen sie an, sich in einem zickzackigen "Slalom" Kurs zu bewegen. Bei jedem Zug emittieren die Elektronen Röntgenlicht. Wegen des Verhaltens der Röntgenstrahlen in Bezug auf das Licht und wegen des Musters der Magneten im Undulator ist das Licht, das auftaucht, laserisch, mit all seinen Wellen in Phase miteinander.

Der europäische XFEL besteht aus drei verschiedenen Undulatoren - verschiedene Lichtquellen, die Röntgenblitze mit unterschiedlichen Eigenschaften bieten - die Licht für die Instrumente in der Versuchshalle der Anlage erzeugen.

Die Undulatoren umfassen 5 m lange Segmente, die hintereinander mit einer Distanz von 1,1 m zwischen ihnen ausgerichtet sind. Diese Lücken zwischen den Segmenten enthalten Vorrichtungen, die für die Elektronenstrahldiagnose und -steuerung verwendet werden.

Die Stärke der Magnetfelder in den Undulatoren kann variiert werden - ein höheres Magnetfeld, das zu einem breiteren Slalomverlauf und damit zu Röntgenstrahlung mit einer längeren Wellenlänge führt.

 

Die Undulatoren sind aus 5 Meter langen Segmenten zusammengesetzt, die in einem Abstand von 1,1 Metern aneinandergereiht sind. In diesen Lücken sind Elemente zur Diagnose und Steuerung der Elektronenstrahlen vorgesehen.

Die Magnetfelder in den Undulatoren können in ihrer Stärke verändert werden – ein höheres Magnetfeld führt dabei zu einem weiter ausgelenkten Slalomkurs und zu langwelligerem Röntgenlicht.

Undulatoren des European XFEL
  SASE1, SASE2
SASE3
Wellenlänge
0,4 nm bis unter 0,05 nmm
4.7 nm bis 0.4 nm
Photonenenergie
3 keV bis über 25 keV
0.26 keV bis 3 keV
Instrumente
SPB/SFX, FXE (SASE 1)
MID, HED (SASE 2)
SQS, SCS
Magnetische Länge
175 m
105 m