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26.08.2010

Erste Stufe der SwissFEL-Anlage eingeweiht

Das Paul Scherrer Institut ist daran eine 275 Millionen Franken kostende wissenschaftliche Grossanlage zu bauen. Am 24. August konnte die erste Stufe eingeweiht werden – ein erster Elektronenstrahl krönte das Ereignis.

(ea) «Bereits 2001 hat die Synchrotron-Lichtquelle Schweiz des Paul Scherrer Instituts für grosses Aufsehen weit über die Landesgrenzen hinaus gesorgt – ein erstes Meisterwerk», sagte Bundesrat Didier Burkhalter an der Einweihung des ersten Abschnitts des SwissFEL (Schweizer Freie-Elektronen-Röntgenlaser). «Und jetzt ist es wieder soweit: Auch der neue Röntgenlaser SwissFEL, dessen erste Realisierungsstufe wir heute einweihen können, ist eine zukunftsweisende Grossforschungsanlage der Spitzenklasse. Ein zweites Meisterwerk!»

Auch anderen Politiker und Forscher kamen ins Schwärmen ob der 275 Millionen Franken teuren Grossanlage auf dem Gelände des PSI. Ein Blick auf die Weltkarte zeigt bereits einen der Gründe. Wenn der SwissFEL wie geplant im Jahr 2016 vollständig in Betrieb geht, dann wird er neben jenem in Stanfort (USA), Hamburg und einer Anlage in Japan der vierte im Bunde sein. Doch anders als bei den kilometerlangen Anlagen in Stanford und Hamburg – kann sich die Schweiz nur eine kleine leisten – was die PSI-Forscher zu einer neuartigen Entwicklung motivierte. Kernstück dieser Anlage stellen die Elektronenquelle und die erste Beschleunigerstrecke dar. Das PSI hat für diese erste Stufe neuartige Konzepte entwickelt, die den Bau einer sehr kompakten Anlage ermöglichen und damit international Massstäbe setzen kann.

Der SwissFEL werde als nationale Grossanlage einen wesentlichen Beitrag zur bleibenden Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Forschung und Wirtschaft leisten, meinte PSI-Direktor Joël Mesot. Denn bei der Erforschung von fundamentalen Vorgängen stosse man immer wieder auf Fragen, die mit den heute verfügbaren Methoden nicht beantwortet werden können. Sie sind so schnell, dass man zwar Anfangs- und Endzustand sehen kann, nicht aber, was dazwischen passiert. Solche Prozesse im Detail zu verfolgen – sie gewissermassen zu filmen – wird von Anlagen wie dem SwissFEL ermöglicht, dessen Röntgenblitze etwa 10 Femtosekunden dauern. Mit solch schnellen «Belichtungszeiten» lassen sich ultrakurze Veränderungen von atomaren und molekularen Strukturen sichtbar machen – was zu völlig neuen Erkenntnissen führen kann auf der Suche nach neuen industriellen Verfahren, neuartigen Werkstoffen oder Medikamenten.


SwissFEL – die Anlage
Teilchen, die gezwungen werden, ihre Geschwindigkeit oder Flugrichtung zu ändern, erzeugen elektromagnetische Strahlung. Das können je nach Aufbau Radiowellen, sichtbares Licht oder Röntgenlicht sein. Dieses physikalische Prinzip macht man sich auch am SwissFEL zunutze. Im SwissFEL wird das Röntgenlicht von Elektronen ausgesandt, die sich mit beinahe Lichtgeschwindigkeit bewegen und von sogenannten Magnet-Undulatoren – speziellen Kombinationen von vielen Magneten – auf eine wellenförmige Bahn gezwungen werden. Das Besondere an einem XFEL (X vom engl. X-ray) ist, dass nicht nur die Elektronen Röntgenpulse erzeugen, sondern das Röntgenlicht wieder auf die Elektronen zurückwirkt. Dabei schaukeln sich Elektronen und Röntgenlicht gegenseitig so auf, dass es zu einer «lawinenartigen Verstärkung» kommt, die das Röntgenlicht in Laserqualität entstehen lässt. Die Elektronen wurden zuvor von einer Kombination aus mehreren Beschleunigern auf die nötige hohe Geschwindigkeit gebracht. Das Röntgenlicht wird dann mithilfe spezieller optischer Elemente zu den Experimentierplätzen geleitet, an denen es die zu untersuchenden Objekte durchleuchtet. Dabei ist jede Komponente einzigartig und steht für eine technische Höchstleistung.
So sind etwa die Magnet-Undulatoren insgesamt 60 Meter lang und bestehen aus mehreren Tausend Magneten, die alle auf den Bruchteil eines Millimeters genau ausgerichtet sein müssen. (Auszug aus dem Faktenblatt zur SwissFEL des ETH-Rats und des PSI).

Eine gut verständliche Einführung zum Prinzip des SwissFEL bietet der Film unter:
www.psi.ch/info/film-zum-swissfel




PSI-Direktor Joël Mesot erläutert Bundesrat Didier Burkhalter die SwissFEL-Anlage.