Der präziseste Spiegel der Welt

  • 04. May 2016

Ultraflacher Röntgenspiegel für European XFEL ein­ge­troffen.

Der erste Röntgenspiegel für den Röntgenlicht-Freie-Elektronen-Laser European XFEL ist in Hamburg ein­ge­troffen. Der 95 Zenti­meter lange Spiegel ist ein wichtiges Bauteil des Röntgen­lasers, der 2017 in Betrieb gehen soll. Auf den ersten Blick sieht er einem normalen Spiegel ähnlich, ist jedoch extrem flach und glatt. Die größten Uneben­heiten auf seiner Ober­fläche haben eine Dimension von gerade einmal einem Nano­meter. Der Röntgen­spiegel ist der erste von mehreren, die an unter­schied­lichen Stellen der Anlage zum Spiegeln und Filtern des Röntgen­laser­strahls ein­gebaut werden. Der European XFEL wird es Forschern aus aller Welt ermöglichen, den Nano­kosmos zu erforschen, darunter ultra­schnelle chemische Reak­tionen, komplexe Moleküle oder extreme Materie­zustände.

XFEL-Röntgenspiegel

Abb.: Ein European XFEL-Wissen­schaftler prüft den neuen Röntgen­spiegel. (Bild: European XFEL)

Aufgebaut sind die nur 5,2 Zentimeter hohen Spiegel aus einem einzigen Silizium-Kristall, den Partner­unter­nehmen in Frank­reich und Italien herge­stellt haben. Die größte Heraus­forderung bestand darin, den Spiegel auf Nano­meter-Genauig­keit präzise zu polieren. Das Optik­unter­nehmen JTEC in Osaka, Japan, hat dafür eine Methode entwickelt, bei denen einzelne Lagen von Atomen durch ein strömendes Flüssig­keits­gemisch entfernt werden. Die Spiegel müssen so präzise sein, um die Laser­eigen­schaften des European XFEL nicht negativ zu beein­flussen, denn diese sind eine Voraus­setzung für scharfe Bilder mit atomarer Auf­lösung. Simu­la­tionen hatten zuvor gezeigt, dass jede Ober­flächen-Abweichung von mehr als einem Nano­meter die Qualität des Laser­lichts negativ beein­flussen würde.

Einige Spiegel dieser Serie werden verwendet, um die Röntgen­strahlen von den unter­irdischen Tunneln auf einige Zehntel­bruch­teile von Grad präzise zu den einzelnen Instru­menten zu lenken, die in der eben­falls unter­irdischen Experi­mentier­halle aufge­baut werden. Dank der Spiegel ist ein paral­leler Betrieb mehrerer Instru­mente möglich, wodurch der European XFEL der Röntgen­laser mit der welt­weit höchsten Kapa­zität wird. Ähnliche Spiegel fokus­sieren den Röntgen­laser­strahl auch in den Instru­menten selbst.

Der jetzt ausgelieferte Spiegel dient jedoch einem anderen Zweck: Er wird das erzeugte Röntgen­licht so filtern, dass nur Licht der gewünschten Wellen­längen bei den Experi­menten zum Einsatz kommt. Licht kürzerer Wellen­längen, das in den licht­erzeugenden Magnet­strukturen der Anlage, den Undu­la­toren, als uner­wünschtes Neben­produkt entsteht, kann den Spiegel passieren, ohne abge­lenkt zu werden. Diese Strahlung wird hinter dem Spiegel von einem Absorber aus Bor­carbid und Wolfram aufge­fangen. Der Spiegel wird im nächsten Schritt bei European XFEL und dem Helm­holtz-Zentrum Berlin noch einmal genau vermessen und geprüft. Drei weitere Spiegel der­selben Serie sollen im Mai und Juni in Hamburg ein­treffen.

E-XFEL / RK

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