Eröffnungsfeier für European XFEL

Der European XFEL befindet sich grösstenteils in Tunneln unter der Erde, zu denen drei Betriebsgelände Zugang ermöglichen. Die 3,4 km lange Anlage reicht vom Desy-Campus in Hamburg bis in die schleswig-holsteinische Stadt Schenefeld (Kreis Pinneberg). Dort entsteht ein Forschungscampus, auf dem internationale Teams von Wissenschaftern mit den intensiven Röntgenblitzen experimentieren werden.

Basis der Anlage ist der fast 2 km lange Linearbeschleuniger. Er bringt Elektronen nahezu auf Lichtgeschwindigkeit, um sie dann durch sogenannte Undulatoren zu schicken. Diese Magnetstrukturen zwingen die rasenden Teilchen auf Slalombahnen – wodurch die Elektronen kurze und intensive Röntgenblitze abgeben, die zudem eine zentrale Eigenschaft von Laserlicht aufweisen: Die Strahlung ist kohärent, das heisst, die einzelnen Wellenzüge marschieren bildlich gesprochen im Gleichschritt, was 3D-Aufnahmen im Mikrokosmos ermöglicht.

Mit den weniger als 100 billiardstel Sekunde kurzen Röntgenblitzen wollen Forscher unterschiedliche Materialien durchleuchten: Chemiker können präzise verfolgen, wie molekulare Reaktionen ablaufen; Geoforscher werden den Einfluss künstlicher Schockwellen in Gesteinsproben studieren und Molekularbiologen Bilder von einzelnen Proteinen aufnehmen.

Röntgenlaser im Vergleich

Röntgenlaser wurden bereits auch in Japan (Sacla), den USA (LCLS), Südkorea (PAL-XFEL) und der Schweiz (SwissFEL) gebaut. Die Anlagen sind ähnlich aufgebaut. Anders als die anderen Anlagen basiert der European XFEL auf einem supraleitenden Beschleuniger. 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 – 27’000 statt 100 bis 120. 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.

Ein Gemeinschaftsprojekt

Für den Bau und Betrieb des European XFEL ist die European X-Ray Free-Electron Laser Facility GmbH (European XFEL GmbH) zuständig. Der Bau der Anlage wurde mit zahlreichen Partnern realisiert. Die European XFEL GmbH arbeitete dazu eng mit dem Forschungszentrum Deutsche Elektronen-Synchrotron (Desy) und internationalen Institutionen zusammen. Auch die Schweiz ist über das Staatssekretariat für Bildung und Forschung am Projekt beteiligt. Der Schweizer Staatssekretär für Bildung, Forschung und Innovation, Mauro Dell’Ambrogio, erklärte an der Eröffnungsfeier: «Heute haben elf Länder bewiesen, dass sie gemeinsam in der Lage sind, eine sehr komplizierte, sehr teure, der Wissenschaft gewidmete Einrichtung aufzubauen, und zwar in Rekordzeit und im Rahmen des Budgets. Der European XFEL ist ein neues Wahrzeichen der weltweiten Wissenschaftslandschaft, das ein brandneues Spektrum möglicher Experimente eröffnet.»

Der Baustart für das Projekt fand Anfang 2009 statt. Die Inbetriebnahmearbeiten wurden 2016 aufgenommen. Die Baukosten für die Anlage einschliesslich der Inbetriebnahme belaufen sich auf EUR 1,22 Mrd. (CHF 1,39 Mrd.). Als Sitzland trägt Deutschland (Bund, Hamburg und Schleswig-Holstein) 58% der Baukosten. Russland übernimmt 27% und die anderen internationalen Partner sind mit 1–3% beteiligt.