Schnellste Kamera für weiche Röntgenstrahlung am XFEL

Die Idee für das weltweit einzigartige Projekt, das nun in der Hamburger Metropolregion in Betrieb genommen wurde, entstand 2006. „European XFEL hatte ein Entwicklungsprogramm ins Leben gerufen, an dem neben dem DESY verschiedene internationale Partner beteiligt waren“, sagt Dr. Markus Kuster, Leiter der Detektor-Gruppe bei European XFEL den Hamburg News bei einem Besuch vor Ort. Der Detektor wurde speziell für die Röntgenlaser-Forschungseinrichtung entwickelt. Indem jeder Röntgenblitz des XFEL genutzt wird, ermöglicht die Technologie ultraschnelle Untersuchungverschiedener Proben. 

Die fünf nun installierten Kameras, die jeweils eine halbe Tonne wiegen, können 4,5 Millionen Bilder pro Sekunde liefern und geben dadurch detaillierte Einblicke in den Veränderungsprozess, dem biologische Proben unter extremen Bedingungen ausgesetzt sind. Das kann beispielsweise Druck sein, Temperatur oder auch ein Magnetfeld. Der Detektor gehört zum Instrument für Spektroskopie und Kohärente Streuung (SCS) und trägt hier dazu bei, extrem schnelle Prozesse in unterschiedlichen Materialien nachzuvollziehen.

Der DSSC ist aus einer Zusammenarbeit des European XFEL mit diversen internationalen Partnern entstanden. An der Entwicklung beteiligt waren DESY, die Uni Heidelberg, die Uni Bergamo, die italienische Forschungsgesellschaft Istituto Nazionale die Fisica Nucleare (INFN) sowie die Technische Universität Politecnico di Milano. Die von Kuster geleitete Gruppe umfasst etwa 25 Personen. Hinzu kommen dem Wissenschaftler zufolge diverse weitere Gruppen, die unter anderem mit der Datenverarbeitung befasst sind. Dieser Punkt stellte eine der großen Herausforderungen dar, denn der DSSC-Detektor liefert riesige Datenmengen von 13 Gigabyte pro Sekunde. 

Im Zuge des Entwicklungsprogramms entstanden drei unterschiedliche Technologien. „Wir hatten gehofft, dass wenigstens eine erfolgreich sein wird“, sagt Kuster. Tatsächlich funktionieren alle drei und sind am European XFEL schon bei Experimenten zum Einsatz gekommen. Für die Forschungseinrichtung ist das ein großer Erfolg. Dennoch ist die Arbeit der Wissenschaftler damit noch nicht getan. „Wir denken immer schon an die nächste Generation und fragen uns, welche weiteren Anwendungsbereiche es noch geben könnte“, sagt Kuster. Dazu zähle auch, sich Gedanken darüber zu machen, in welchen konkreten Industriebereichen die Technologie künftig genutzt werden könnte. 

Die neuen Kameras ermöglichen es beispielsweise, Viren und Bakterien zu untersuchen. „Auf diese Weise können Medikamente verbessert werden“, erläutert Kuster. Zurzeit noch eine Zukunftsvision, aber durchaus denkbar sei darüber hinaus, mit Hilfe der aus den Röntgenkameras gewonnenen Erkenntnisse eine künstliche Photosynthese zu schaffen. „Wenn wir genau wissen, wie in einer Pflanze Energie entsteht, ist es möglich, dass wir uns diese Art der Energiegewinnung zu eigen machen, etwa für die Stromproduktion“.
at/kk