20. November 2014

SwissFEL bereit für die Montage

SwissFEL Grossforschungsanlagen

In den vergangenen vier Jahren haben Forschende des PSI in der Injektor-Testanlage Schlüsseltechnologien für den Röntgenlaser SwissFEL entwickelt und auf Herz und Nieren geprüft. Nun ist das Forschungsprogramm beendet. Anfang 2015 startet die Installation der neuen Grossforschungsanlage.

Der Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL wird sehr kurze Pulse von Röntgenlicht mit den Eigenschaften von Laserlicht in hoher Intensität erzeugen. Das geschieht, indem er Elektronen generiert, mit einem Linearbeschleuniger auf hohe Energie bringt und anschliessend durch Undulatoren, einer speziellen Anordnung von Magneten, auf eine Slalombahn schickt. Bei der Slalombewegung strahlen die Elektronen Licht ab, das sich selbst intensiv verstärkt. So wird es zu jenem brillanten Röntgenlichtblitz, der für die Experimente am SwissFEL genutzt werden wird.

Hohe technologische Anforderungen

Nur rund 570 Meter der insgesamt knapp 740 Meter Anlagenlänge stehen im SwissFEL für die Erzeugung des Röntgenlichts zur Verfügung. Die kompakte Bauweise der neuen Grossforschungsanlage des Paul Scherrer Instituts PSI erforderte zahlreiche technologische Weiter– und Neuentwicklungen. Bei seiner Fertigstellung wird der SwissFEL einer von weltweit fünf Freie-Elektronen-Röntgenlasern sein. Im Vergleich zu den anderen Anlagen wird er mit einer deutlich geringeren Strahlenergie arbeiten.

Damit trotz dieser niedrigen Elektronenenergie das SwissFEL-Röntgenlicht entstehen kann, ist ein Elektronenstrahl von sehr hoher Qualität erforderlich. „Dieser muss von Anfang an perfekt sein. Allfällig ungenügende Strahleigenschaften können nicht mehr ausgeglichen werden“, erklärt Thomas Schietinger, Leiter der Sektion Beschleunigerkonzepte am PSI. Vor vier Jahren wurde am PSI daher ein Forschungsprogramm ins Leben gerufen, in dessen Mittelpunkt jener Anfangsteil der Anlage stand, der die Elektronen generiert, ihnen ihren ersten Beschleunigungsschub verpasst und bündelt: der Injektor.

Tests unter realistischen Bedingungen

In der Injektor-Testanlage wurden Machbarkeitsstudien durchgeführt und Schlüsseltechnologien entwickelt, getestet und optimiert. Dabei betraten die Forscher technologisches Neuland: „Wir mussten zeigen, dass der geforderte Elektronenstrahl überhaupt erzeugt und charakterisiert werden kann“, betont Marco Pedrozzi, Leiter der Injektor-Testanlage.

Nachdem das gelang, arbeitete das PSI-Forschungsteam um Thomas Schietinger intensiv daran, die Strahlqualität zu optimieren und sicherzustellen, dass sie über die gesamte Beschleunigerstrecke aufrechterhalten werden kann. Einer ersten Feuerprobe wurde der Elektronenstrahl nach der Installation eines Undulator-Prototypen unterzogen: „Die Ergebnisse des Strahlbetriebs mit Undulator erfüllten unsere Erwartungen – wir konnten den ersten Freie-Elektronenlaser-Strahl der Schweiz erzeugen“, freut sich Schietinger.

Die letzten Betriebsmonate waren dem Test jener Elektronenquelle gewidmet, die im SwissFEL die Elektronen generieren wird. Sie wird Mitte 2015 in das SwissFEL-Gebäude verlegt. Dort beginnt Anfang 2015 die Installation der Anlage, die zwei Jahre in Anspruch nehmen wird. Der SwissFEL ist für seine Montage bereit. Pedrozzi zieht eine positive Bilanz des Forschungsprogramms: „Durch unsere Tests unter realistischen Bedingungen konnten wir einen wichtigen Beitrag zu seiner erfolgreichen Umsetzung leisten.“

Text: Paul Scherrer Institut/Martina Gröschl