Das Magnetfeld von Undulatoren ist so ausgelegt, dass es hochperiodisch, präzise steuerbar und entlang des Elektronenstrahls äußerst gleichmäßig ist. Die bei European XFEL untersuchten Elektromagnete bestehen aus Niob-Titan-Draht (NbTi). Bei der Betriebstemperatur von -269 Grad Celsius ist das Material supraleitend, leitet also sehr hohe elektrische Ströme praktisch ohne Widerstand. Wenn dieser Draht mit höchster Präzision zu Spulen gewickelt und eine Spannung angelegt wird, entsteht ein Elektromagnet. 

Die jetzt durchgeführten Magnetfeld-Messungen zeigen, dass die Spulen den erforderlichen Betriebsstrom erreicht und das angestrebte Magnetfeld von 1,82 Tesla erzeugt haben, wobei die für den XFEL-Einsatz erforderliche Feldqualität über die gesamte Länge der Spulen von 2 Metern gegeben war. 

Dies ist wichtig, da die Erzeugung von Röntgenlicht mit diesen Geräten nicht nur von sehr starken Magnetfeldern abhängt, sondern auch von deren hoher Periodizität. Selbst winzige Abweichungen von dieser periodischen Struktur beeinträchtigen die Qualität des erzeugten Röntgenstrahls. Die Qualifizierungstests zeigen, dass die Spulen diese hohen Anforderungen über ihre gesamte Länge von zwei Metern erfüllen können, was sie zu den längsten hochpräzisen supraleitenden Undulator-Spulen macht, die jemals hergestellt und gemessen wurden.

„Dies ist ein großer Schritt für unser Programm zur Entwicklung supraleitender Undulatoren“, sagt Sara Casalbuoni, Leiterin der Undulator-Gruppe. „Die erfolgreichen Messungen zeigen, dass die Technik wie vorgesehen funktioniert, und bringen uns dem Einsatz supraleitender Undulatoren bei European XFEL näher.“

Die Magnetfeldmessungen wurden mit dem eigens für diesen Zweck entwickelten Prüfstand SUNDAE1 durchgeführt, der sich am DESY in Hamburg befindet. Vertikal montiert wurde jede Spule für die Dauer der Tests in ein Bad aus flüssigem Helium getaucht. Nach den erfolgreichen Tests sind die Spulen bereit für den Einbau in das supraleitende Undulator-Prototypmodul S-PRESSO. 

Undulatoren zwingen freie Elektronen auf eine wellenförmige Bahn, wodurch sie Röntgenlicht abgeben. Bislang wurden dafür in der Regel Permanentmagnete verwendet und die Geräte bei Raumtemperatur betrieben. Durch den Einsatz von Supraleitertechnik auf Basis von NbTi-Drähten lassen sich Magnetfelder erzeugen, die etwa dreimal stärker sind als die herkömmlicher Systeme. Nach der Prototypenphase sollen erste supraleitende Undulatoren die Kapazitäten der Beamlines mit hartem Röntgenlicht am European XFEL erweitern und es ermöglichen, Photonenenergien von über 30 KeV zu erreichen – potenziell bis zu 60 oder 70 KeV. Einer der Tunnel des European XFEL wurde kürzlich für diese zukünftige Installation vorbereitet. Röntgenlicht mit höherer Energie wird es Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen ermöglichen, Materie detaillierter zu untersuchen, etwa dichte Materialien und winzige Strukturen, die heute nur schwer erforschbar sind.

 

Über European XFEL:

European XFEL ist eine internationale Forschungsanlage der Superlative in der Metropolregion Hamburg: 27.000 Röntgenlaserblitze pro Sekunde und eine Leuchtstärke, die milliardenfach höher ist als die besten Röntgenstrahlungsquellen herkömmlicher Art, eröffnen neue Forschungsmöglichkeiten. Forschergruppen aus aller Welt können am europäischen Röntgenlaser atomare Details von Materie abbilden, die molekulare Zusammensetzung von Zellen oder Viren entschlüsseln, dreidimensionale Aufnahmen im Nanokosmos machen, chemische Reaktionen filmen oder Vorgänge wie die im Inneren von Planeten untersuchen.

European XFEL ist eine gemeinnützige Forschungsorganisation, die eng mit ihrem Mehrheitsgesellschafter, dem Forschungszentrum DESY, und weiteren internationalen Institutionen zusammenarbeitet und mehr als 600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschäftigt. Derzeit beteiligen sich zwölf Länder: Dänemark, Deutschland, Frankreich, Italien, Polen, Russland, Schweden, die Schweiz, die Slowakei, Spanien, Ungarn und das Vereinigte Königreich. Deutschland (Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt sowie die Länder Hamburg und Schleswig-Holstein) trugen 57 Prozent der Ausgaben, Russland 26 Prozent. Die anderen Partnerländer sind mit ein bis drei Prozent beteiligt. Die Betriebskosten werden ebenfalls von den Partnerländern getragen und nach einem Schlüssel berechnet, der sowohl die Anteile an der Gesellschaft als auch deren Anlagennutzung berücksichtigt. Mehr Informationen unter www.xfel.eu/de.