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FLASH2020+: Millionen-Modernisierung für ultrakurze Momentaufnahmen

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FLASH2020+: Millionen-Modernisierung für ultrakurze Momentaufnahmen

Bild: künstlerische Darstellung von FLASH2020+

Das Projekt FLASH2020+ geht in eine neue Phase: Seit dem 1. Juli leitet Enrico Allaria, der bisher die Entwicklung des Freie-Elektronen-Lasers FERMI am Forschungszentrum Elettra in Triest koordiniert hat, dieses DESY-Großprojekt. „Wir sind sehr stolz, dass wir dafür einen ausgewiesenen internationalen Experten begeistern konnten“, sagt Beschleuniger-Direktor Wim Leemans über Allaria, in dessen Startwoche in Hamburg gleich das virtuelle FLASH2020+ Kick-off Meeting am 3. Juli fiel.

Initiiert und koordiniert wurde FLASH2020+ bis zu seinem plötzlichen Tod 2019 von Wilfried Wurth. Ihm ist auch der Anfang des Jahres erschienene Conceptual Design Report (CDR) gewidmet. Der Umbau soll jetzt durch den Technical Design Report konkretisiert werden. „Es wird eine Art lebendes Dokument werden“, sagt Martin Beye, der die wissenschaftliche Leitung von FLASH kommissarisch übernommen hat. „Während wir an einigen Kapiteln noch feilen, sind andere Teile des Upgrades schon im Bau, weitere schon vollständig in Betrieb.“

Konkret heißt das: Wenn alles nach Plan läuft, werden zwei Beschleunigermodule der ersten Generation in rund einem Jahr durch neue, leistungsfähigere ersetzt. Die ursprünglich als Prototypen für den European XFEL gebauten Module werden gerade für ihren neuen Einsatz generalüberholt. Sie erhöhen die Gesamtenergie des Beschleunigers auf 1,35 Giga-Elektronenvolt. Zusätzlich sollen die in die Jahre gekommenen optischen Laser ausgetauscht werden, mit deren Hilfe die Elektronenpakete erzeugt werden.

Weitere Projekt-Details: Die zweite Strahlführung an FLASH ist bereits durch eine große Magnet-Schikane aufgewertet worden, die noch kürzere Lichtblitze an der Anlage ermöglicht. Ein „Afterburner“, ein neuer Undulator, der hinter der Lichterzeugungsstrecke eingebaut wird, soll zirkular polarisiertes Laserlicht erzeugen, mit dem zum Beispiel magnetische Eigenschaften von Materialien besser untersucht werden können. „Hierfür wollen wir einen Apple3-Undulator bauen, dessen Design auf einer DESY-Eigenentwicklung aus Markus Tischers Arbeitsgruppe basiert“, sagt Beye. Dieser wird dann gleichzeitig Prototyp für die Seeding-Undulatoren, Herzstück des größeren Umbaus im FLASH1-Tunnel.

Intensität und Reproduzierbarkeit der Röntgenlaser-Lichtblitze sollen zukünftig dadurch erhöht werden, dass die Elektronenpakete zusammen mit einem intensiven, sichtbaren Laserblitz durch die Undulatorstrecke geschossen werden. Dieser Laserstrahl animiert die Elektronen dazu, intensiveres und helleres Laserlicht zu produzieren, dessen Wellenlänge viel präziser kontrollierbar ist als beim klassischen SASE-Röntgenlaser. „Das wird völlig neue Experimente in vielen Bereichen ermöglichen“, sagt Beye.

Es kommt noch besser: Um die Flexibilität und Verfügbarkeit der Anlage zu erhöhen, wird die gesamte Undulatorstrecke von FLASH1 gegen einstellbare Undulatoren neuester Bauart ausgetauscht. „Wir werden die Nutzer in beiden Experimentierhallen unabhängig voneinander mit Laserlicht versorgen und gleichzeitig die Wellenlänge individuell einstellen können“, sagt Siegfried Schreiber, Leiter des FLASH-Beschleunigers. Weitere Umbauten sind in Planung.

Auch bei den optischen Hochleistungslasern, die im Megahertz-Bereich getaktet werden, stehen enorme Herausforderungen an: „Wir wollen neben Höchstleistung auch alle Farben im sichtbaren Spektrum und darüber hinaus abdecken. Das erfordert neue Entwicklungen“, sagt Ingmar Hartl, der die Gruppe Laserforschung und -technologie im Photon-Science-Bereich leitet. Darüber hinaus sollen zukünftig Blitze von optischen Lasern und Röntgenlasern mit viel genauer bestimmter Verzögerungszeit nacheinander aufleuchten. Damit können Vorgänge mit einer Zeitauflösung von wenigen Femtosekunden untersucht werden.

Ein ambitioniertes wie vielversprechendes Projekt! In den nächsten fünf Jahren werden über 35 Millionen Euro – die Mittel dafür sind bereits zum großen Teil gesichert – in den FLASH-Umbau fließen. Beruhigend, schließlich ist eine gewisse Eile für das Projektteam geboten: Wenn der Bau von PETRA IV startet, soll der Großteil des FLASH-Upgrades erledigt sein.