Die SwissFEL-Anlage: die Undulatorstrecke – hier entsteht das Licht

Das Röntgenlicht des SwissFEL entsteht, wenn die im Linearbeschleuniger beschleunigten Elektronen auf eine Wellenbahn gezwungen werden. Das geschieht in den Undulatoren – Magnetanordnungen, die die Elektronen ablenken. Die gesamte Undulatorstrecke wird 60 Meter lang sein.

SwissFEL
Prinzip der Erzeugung des Röntgenlichts in einem Undulator. Die beschleunigten Elektronen werden mithilfe von Magneten auf eine Wellenbahn geschickt und strahlen dabei das Röntgenlicht ab, das zu den Experimenten geleitet wird. Die Elektronen werden dann nicht mehr gebraucht und landen in einem
Prinzip der Erzeugung des Röntgenlichts in einem Undulator. Die beschleunigten Elektronen werden mithilfe von Magneten auf eine Wellenbahn geschickt und strahlen dabei das Röntgenlicht ab, das zu den Experimenten geleitet wird. Die Elektronen werden dann nicht mehr gebraucht und landen in einem
Ein Undulator wie er am SwissFEL eingesetzt werden soll. Die Elektronen werden sich durch das metallische Rohr bewegen, in dem sich auch die Magnete befinden. Der vergrösserte Ausschnitt zeigt einen Teil der Magnetanordnung.
Ein Undulator wie er am SwissFEL eingesetzt werden soll. Die Elektronen werden sich durch das metallische Rohr bewegen, in dem sich auch die Magnete befinden. Der vergrösserte Ausschnitt zeigt einen Teil der Magnetanordnung.

Die Röntgenlichtpulse, die der SwissFEL erzeugt, entstehen in der Undulatorstrecke der Anlage. Hier werden die schnellen Elektronen auf eine wellenförmige Bahn gezwungen und strahlen dabei das Röntgenlicht ab. Dafür nutzt man aus, dass schnelle elektrisch geladene Teilchen von Magneten abgelenkt werden. Die Undulatoren bestehen aus zwei übereinander angeordneten Reihen von Magneten, zwischen denen die Elektronen hindurchfliegen. Die Magnete sind so angeordnet, dass die Elektronen abwechselnd in die eine und dann in die andere Richtung abgelenkt werden, so dass sich die Wellenbahn ergibt.

Am SwissFEL wird es zwei Undulatorstrecken geben, die Röntgenlicht mit unterschiedlichen Eigenschaften erzeugen – eine für „harte“ Röntgenstrahlen mit kurzer Wellenlänge und eine für „weiche“ Röntgenstrahlen mit längerer Wellenlänge. Je nach Fragestellung wird man für Experimente entweder die eine oder die andere Art von Licht nutzen.

Die Undulatorstrecke für das harte Röntgenlicht wird insgesamt 60 Meter lang sein. Die Periode der Elektronenbahn, also die Strecke, auf der die Elektronen einmal nach links und einmal nach rechts fliegen, wird 1,5 Zentimeter betragen. Damit das Röntgenlicht korrekt erzeugt wird, müssen die vielen Tausend Magnete mit einer Genauigkeit von Bruchteilen eines Millimeters angeordnet sein.

Die Magnete der Undulatoren werden beweglich angeordnet sein – so kann man die Eigenschaften des Lichts variieren, indem man die Position der Magnete verändert.

Nach Durchlaufen der Undulatorstrecke werden die Elektronen nicht mehr benötigt und in einem "beam-stop" – einem Strahlstopper – aufgefangen. Das Röntgenlicht hingegen fliegt weiter zu den Messplätzen, wo es für Experimente verwendet wird.

Text: Paul Piwnicki

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