Der Teilchenbeschleuniger des europäischen Röntgenlasers European XFEL hat die in ihn gesetzten Erwartungen mehr als erfüllt. Das zeigt eine Bilanz, die der Leiter des European-XFEL-Beschleunigerbetriebs, Winfried Decking von DESY, am Mittwoch zum Auftakt der Nutzertreffen der Hamburger Röntgenlichtquellen vorgestellt hat. Der weltweit längste supraleitende Linearbeschleuniger hat demnach unter anderem im November erstmals die geplante Rekordrate von 27 000 Elektronenpaketen pro Sekunde beschleunigt.

Der von einem Konsortium unter DESY-Leitung gebaute und von DESY betriebene Teilchenbeschleuniger ist das Herzstück des europäischen Röntgenlasers: Er bringt eng gepackte Pakete aus Elektronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit. Die schnellen Elektronen werden dann in langen Magnetstrecken auf einen Slalomkurs geschickt, auf dem sie das begehrte Röntgenlaserlicht aussenden. Der Beschleuniger ist dabei supraleitend ausgelegt, das heißt, die aus reinem Niob hergestellten Beschleunigungsstrukturen verlieren bei tiefen Temperaturen jeden elektrischen Widerstand. Dadurch können besonders viele Elektronenpakete in kurzer Folge beschleunigt werden. Die hohe Pulsrate ist beim European XFEL einzigartig und unterscheidet die im September 2017 eröffnete Anlage von allen anderen Röntgenlasern auf der Welt. Schon die Pilotanlage für den europäischen Röntgenlaser, FLASH bei DESY, kommt auf 8000 Pulse pro Sekunde.

Ausgelegt ist der Teilchenbeschleuniger des European XFEL für eine Rate von 27 000 Elektronenpaketen pro Sekunde, wobei jeweils 2700 Pakete auf einmal beschleunigt werden. Im November 2018 ist es den Beschleunigerphysikern gelungen, zehn solcher Pulszüge pro Sekunde zu beschleunigen und damit diesen Design-Parameter zu erreichen. „Es ist das erste Mal, dass Pulszüge dieser Länge in einem langen supraleitenden Linearbeschleuniger beschleunigt worden sind“, betonte Decking. „Eine Reihe der erwarteten Aspekte der Strahldynamik konnten dabei bereits beobachtet werden.“

Für den im September 2017 gestarteten Forschungsbetrieb wird die Zahl der Elektronenpakete und damit der Röntgenlichtblitze im laufenden Jahr zunächst auf maximal 6000 pro Sekunde begrenzt, um die noch neuen Messstationen optimal einrichten und abstimmen zu können. Das sind allerdings immer noch mindestens 50 Mal so viele Röntgenblitze wie alle anderen großen Röntgenlaser erzeugen können. Die Pulsrate des European XFEL wird in Zukunft dann auf die maximal möglichen 27 000 pro Sekunde gesteigert.

Zusätzlich zur geplanten Pulsrate hatte der Teilchenbeschleuniger des European XFEL 2018 auch die Design-Energie der Elektronen von 17,5 Giga-Elektronenvolt (GeV) erreicht. Alle drei existierenden Lichterzeugungsstrecken konnten inzwischen in Betrieb genommen und mit Elektronen versorgt werden. Insgesamt lief der Beschleuniger im vergangenen Kalenderjahr 6800 Stunden lang, davon rund 1500 Stunden lang für die ersten wissenschaftlichen Experimente an der neuen Anlage. Im laufenden Jahr wird die Experimentierzeit auf rund 4000 Stunden ausgebaut.

Zu den Nutzertreffen von DESYs Röntgenlichtquellen PETRA III und FLASH sowie von European XFEL haben sich in diesem Jahr rund 1100 Teilnehmerinnen und Teilnehmer angemeldet. Sie diskutieren noch bis Freitag neue Ergebnisse, Untersuchungsmöglichkeiten und die Weiterentwicklung der Forschungslichtquellen. Begleitend zeigen rund 80 Firmen ihre hochspezialisierten Produkte für die Spitzenforschung auf einer Industriemesse.

 

Users Meetings: https://indico.desy.de/indico/event/21832/