Europees röntgenkanon van start

Vandaag wordt in Hamburg het nieuwe röntgenkanon XFEL in gebruik genomen. De installatie kan 27.000 beelden per seconde produceren en maakt daarmee onder andere onderzoek naar het verloop van reacties in materialen mogelijk.

De X-ray Free Electron Laser is een onderzoeksfaciliteit met louter superlatieven: hij produceert straling met een intensiteit die 2,5 keer groter is dan die van bestaande installaties, en breekt ook met de 27.000 flitsen per seconde een record. De installatie opent daarmee nieuwe mogelijkheden voor onderzoek naar materialen en snelle reactieprocessen.

De installatie is een samenwerkingsproject van elf Europese landen, waarbij Duitsland het grootste deel van de financiering op zich neemt. Nederland heeft indertijd besloten er niet aan mee te doen.

Slalommen

De installatie bestaat uit verschillende onderdelen. Om te beginnen is er een bron die de elektronen produceert. Dat gebeurt door een metaal met ultraviolet laserlicht te beschieten.
 

Vervolgens gaan die elektronen in een 1,7 km lange lineaire versneller, waar ze met bijna de lichtsnelheid uit komen. Dat gebeurt in trilholten waarin microgolven energie overdragen aan de voortsnellende elektronen. Die trilholten zijn supergeleidend en worden daarvoor gekjoeld tot - 271 °C.
 

Vervolgens worden de elektronen met behulp van achter elkaar geplaatste magneten, de zogeheten undulator, in een slalombaan gebracht. Door die ingreep gaan de elektronen röntgenstraling produceren. De interactie tussen de elektronen en de straling is zo geregeld dat die leidt tot het ontstaan van röntgenpulsen waarin al het licht vrijwel dezelfde fase heeft.
 

Zes meetinstrumenten

In de XFEL is het mogelijk om de versnelde elektronen naar verschillende undolatorente leiden, die elk röntgenstraling met een bepaalde golflengte produceren: twee in het gebied van 0.05 nm – 0,4 nm en één in het gebied van 0,4 nm – 4.7 nm. Met die verschillende golflengten is een breed spectrum aan experimenten mogelijk. Aan de drie undulatoren zijn zes verschillende instrumenten gekoppeld, elk gespecialiseerd voor een bepaald type onderzoek.
 

Bij zo’n experiment worden de röntgenflitsen op het te onderzoeken materiaal geschoten. Het licht dat het materiaal vervolgens uitzendt wordt geregistreerd met detectoren en geanalyseerd en levert informatie over de eigenschappen van het onderzochte materiaal.

De ondergrondse XFEL-installatie is gebouwd aan de rand van Hamburg, vanuit het bestaande onderzoekscentrum DESY richting Schenefeld. De totale kosten bedroegen zo’n 1,2 miljard euro.