Brillanz für Spitzenforschung
Der Schweizer Forschungsplatz ist um eine Grossanlage reicher: Am PSI wurde gestern der Freie-Elektronen-R?ntgenlaser SwissFEL in Betrieb genommen. Die Anlage verspricht auch ETH-Forschenden Einblicke in bislang verborgene Vorg?nge auf molekularer und atomarer Ebene.
Nach dreieinhalb Jahren Bauzeit wurde gestern im Beisein von Bundespr?sident Johann Schneider-Ammann der Schweizer Freie-Elektronen-R?ntgenlaser SwissFEL (?Swiss Free Electron Laser?) am Paul Scherrer Institut (PSI) feierlich eingeweiht. Bei der Anlage handelt es sich um einen Elektronenbeschleuniger, der hochbrillante, d.h. extrem intensive, extrem kurze R?ntgenlicht-Blitze mit Lasereigenschaften erzeugt.
Ultra-schnelle Prozesse wie im Film
Der SwissFEL befindet sich in einem 740 Meter langen Tunnel und besteht aus vier Teilen: Im Injektor, dem ersten Teil, werden die Elektronen erzeugt und vorbeschleunigt. Ein Linearbeschleuniger bringt die Elektronen danach auf die erforderliche Energie. Die Undulatoren, d.h. Magnete mit abwechselnder Polarit?t, zwingen die Elektronen im dritten Teil auf eine schlangenf?rmige Bahn. Auf dieser Slalomfahrt erzeugen die Elektoren das R?ntgenlicht, dessen Strahlen zu den Messpl?tzen im vierten Teil geleitet werden. Dort k?nnen Forschende von Hochschulen oder aus der Industrie Experimente durchführen.
Bildergalerie
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Der Injektor mit der Elektronenquelle erzeugt die Elektronen. (Bild: PSI/Markus Fischer) -
In den Undulatoren zwingen Magnete die Elektronen auf eine Slalombahn. (Foto: PSI/Markus Fischer) -
Der SwissFEL befindet sich in unmittelbarer N?he des PSI. (Bild: PSI/Markus Fischer)
Die hochbrillanten und ultrakurzen Pulse aus R?ntgenlicht erlauben es, kurzzeitige Ver?nderungen von atomaren und molekularen Strukturen sichtbar zu machen. Ultra-schnelle Prozesse, die bisher im Verborgenen stattgefunden haben, k?nnen gewissermassen wie in einem Film schrittweise verfolgt werden. Dies sei eine vollkommen neue Dimension, erkl?rt Marco Stampanoni, Professor für R?ntgenbildgebung an der ETH Zürich.
Mit seinem Team hat er bisher haupts?chlich an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) am PSI gearbeitet: ?Ein einziger R?ntgenpuls an der SwissFEL ist 10 bis 30 Femtosekunden lang und entspricht einer Belichtungszeit von etwa einer Sekunde an der SLS. Dies er?ffnet unserer Forschung vollkommen neue M?glichkeiten.? W?hrend früher die hochaufgel?ste Untersuchung von Proben begrenzt war, weil es durch die relativ lange Belichtungszeit zu Strahlsch?den kam, kann mit der neuen Anlage diese physikalische Grenze nun überschritten werden: ?Beim SwissFEL treffen so viele Photonen in so kurzer Zeit auf die Probe, dass diese sehr genau untersucht werden kann, bevor sie dies quasi bemerkt und zerst?rt wird.?
Erste Pilotprojekte in 2017
Nicht nur im Bereich R?ntgenbildgebung und Mikroskopie k?nnen dank dem SwissFEL nun offene Fragen beantwortet werden. Relevant wird die neue Anlage auch sein, um chemische Reaktionen zu verfolgen oder den genauen Aufbau von Materialien zu erkl?ren. Laura Heyderman, Professorin für Mesoskopische Systeme an der ETH Zürich, würde den SwissFEL gerne einsetzen, um ultra-schnelle Abl?ufe in Magneten im Mikro- und Nanometermassstab zu untersuchen und Ph?nomenen bei Phasenüberg?ngen auf den Grund zu gehen. ?Diese Erkenntnisse k?nnten uns helfen, neue magnetische Materialien für leistungsf?higere Speichermedien zu entwickeln?, erl?utert die Materialwissenschaftlerin.
Bisher war diese Art von Forschung weltweit nur in wenigen Anlagen m?glich. Dank dem SwissFEL stehen der Forschergemeinschaft nun pro Jahr insgesamt 5000 Stunden Messzeit zus?tzlich zur Verfügung. Die ersten Pilotprojekte von sogenannten Expert-Users werden 2017 durchgeführt, um das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten zu testen. Ideen für den Einsatz von SwissFEL sind seitens der ETH genügend vorhanden. ?Für mich stellt sich die Frage, wo die Grenzen der R?ntgenbildgebung liegen?, erkl?rt Stampanoni. ?Inwieweit kann der SwissFEL das klassische R?ntgen unterstützen? Und wird es damit sogar m?glich sein, lebende Zellen dreidimensional darzustellen?? Genau solche Fragen m?chte der R?ntgenspezialist nun mit seinem Team an der neuen Anlage untersuchen.