Zwei Arten von Licht haben die Forschungslandschaft verändert: Im sichtbaren Wellenlängenspektrum ermöglichen moderne optische Laser Untersuchungen von ultraschnellen Prozessen, neuen Materialien oder zur Telekommunikation. Und von Synchrotronen erzeugte Röntgenstrahlung erlaubt Einblicke in winzige Strukturen und andere verborgene Teile des Nanokosmos. Es entstanden große internationale Laser- und Beschleunigerzentren, die mit verbesserten Röntgenlicht-Eigenschaften die Forschungsmöglichkeiten erweiterten. Die EU fördert nun das 7-Millionen-Euro-Projekt European Cluster of Advanced Laser Light Sources (EUCALL), das die beiden Arten von Forschungszentren näher zusammenbringen wird.
Das Projekt wird von European XFEL koordiniert, einem im Bau befindlichen Freie-Elektronen-Röntgenlaser in der Metropolregion Hamburg, der 2017 den Betrieb aufnehmen wird.
Tausende von Wissenschaftlern aus Forschungsgebieten wie Biomedizin, Biologie, Physik, Materialwissenschaften und vielen anderen kommen aus der ganzen Welt zu diesen Zentren, die auch als Forschungsinfrastrukturen bezeichnet werden. Sie nutzen dort die einzigartige Röntgenstrahlung und die hochmoderne Ausrüstung, die in einem Forschungslabor sonst nicht verfügbar sind. Die auf Teilchenbeschleunigern basierenden Synchrotrone beispielsweise liefern ultrahelle Röntgenstrahlen, und die neueren Freie-Elektronen-Röntgenlaser erweitern die Grenzen der beschleunigerbasierten Technologien mit ultrakurzen Pulsen laserartigen Röntgenlichts von beispielloser Leuchtstärke. Seit einigen Jahren werden intensive Röntgenstrahlen auch mit Hilfe von speziellen optischen Lasern erzeugt und entsprechende Forschungsinfrastrukturen errichtet. Ziel von EUCALL ist es, die Betreiber von beschleuniger- und laserbetriebenen Röntgenquellen dabei zu unterstützen, den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus aller Welt ein noch besseres Forschungsumfeld zu bieten.
Im Rahmen des EUCALL-Projekts arbeiten beschleuniger- und laserbetriebene Röntgen-Forschungsinfrastrukturen in Europa erstmals auf technischer, wissenschaftlicher und strategischer Ebene umfassend zusammen. Eines der Hauptziele des Projekts ist es, durch neue Synergien zwischen den Forschungsinfrastrukturen wesentliche wissenschaftliche und technologische Fortschritte zu erzielen. Innerhalb von EUCALL können sie gemeinsame Methoden und Forschungsmöglichkeiten erarbeiten, die zu neuen Anwendungen und Innovationen auch im privaten Sektor führen können, und eine Basis schaffen, die die Zusammenarbeit auch in der Zukunft sichert. Das Projekt wird Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus der ganzen Welt einen besseren Zugang zu den begehrten Röntgenanlagen gewähren.
Dazu werden die EUCALL-Partner auf strategischem und technologischem Gebiet kooperieren und Lösungen erarbeiten, die an allen Anlagen eingesetzt werden können. So wird es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ermöglicht, die begrenzte Experimentierzeit effektiver zu nutzen.
Drei große internationale Forschungsinfrastrukturen spielen bei EUCALL eine Schlüsselrolle: Der European XFEL, der ultrahelle Röntgenlaserblitze für die Untersuchung von nanometerkleinen Partikeln, ultraschnellen Prozessen und extremen Zuständen der Materie erzeugen wird; die Extreme Light Infrastructure (ELI), bestehend aus drei innovativen optischen Hochleistungslaser-Laboratorien in der Tschechischen Republik, Ungarn und Rumänien, die 2018 in Betrieb gehen wird; und die European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble, Frankreich, eines der bedeutendsten Röntgenforschungszentren der Welt.
Fünf weitere Institute sind außerdem am Projekt beteiligt: Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg mit den Röntgenquellen FLASH und PETRA III; Elettra, das in Triest, Italien, den zweistufigen Freie-Elektronen-Laser FERMI als Nutzereinrichtung betreibt; das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, das optische Hochleistungslaser-Anlagen und einen Freie-Elektronen-Laser betreibt; die Universität Lund, die in Schweden das Synchrotron MAX-IV baut; und das Paul-Scherrer-Institut, das in Villigen, Schweiz, den Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL baut.
Die beteiligten Forschungsinfrastrukturen verfügen über sehr umfangreiche Erfahrungen, die an einer Vielzahl von laser- und beschleunigerbasierten Röntgenlabors gesammelt wurden. EUCALL umfasst deshalb auch die bestehenden EU-Kooperationen dieser Einrichtungen, LASERLAB-Europe und FELs of Europe, sowie drei Partner, die eng mit ELI zusammenarbeiten. „EUCALL ermöglicht es laser- und beschleunigerbasierten Röntgenforschungseinrichtungen in Europa, gemeinsame Strategien und neue Technologien zu entwickeln, um den wissenschaftlichen Nutzern noch mehr Forschungsmöglichkeiten zu eröffnen“, erklärt Thomas Tschentscher, wissenschaftlicher Direktor bei European XFEL und EUCALL-Projektkoordinator. „Das Projekt wird so dazu beitragen, die führende Rolle der europäischen Forschung in vielen wichtigen Bereichen zu sichern.“
„Passend zum Internationalen Jahr des Lichts ist EUCALL der erste ernsthafte Versuch, Forscher aus zwei unterschiedlichen Disziplinen zusammenzubringen, die beide mit Röntgenlicht forschen, allerdings mit unterschiedlichem wissenschaftlichen und technischen Hintergrund“, betont ELI-Generaldirektor Prof. Wolfgang Sandner. „ELI begrüßt die Erweiterung der Forschungsmöglichkeiten und das Innovationspotenzial, die sich für unsere europäischen und internationalen Nutzer aus dieser Zusammenarbeit ergeben.“
Die Fördermittel der EU werden von den einzelnen Forschungsinfrastrukturen verwendet, um einen Teil der Entwicklungskosten für neue Technologien zu finanzieren, Effizienzstudien durchzuführen und Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter speziell für EUCALL-Aufgaben einzustellen. Zu diesen Aufgaben gehören vier Forschungsinitiativen zur Entwicklung von gemeinsam nutzbarer Hard- und Software. Ein Forschungsziel ist die Entwicklung einer Simulationsplattform, mit der die Nutzer ihre Experimente genauer modellieren können, bevor sie zur Durchführung der Versuche an eine Anlage kommen. Damit sollen Nutzeranträge und Experimente besser fokussiert werden, so dass die Wissenschaftler die begrenzte Experimentierzeit optimal nutzen können. Ein weiteres Forschungsziel ist die Entwicklung eines anpassbaren Software- und Firmware-Pakets zur Verarbeitung des hohen Datenstroms, der bei den hohen oder ultrahohen Wiederholraten der Röntgen- und Laserblitze an diesen Anlagen entsteht.
Die beiden anderen Forschungsbereiche befassen sich mit der Entwicklung gemeinsamer wissenschaftlicher Hardware. Ein Ziel ist es, ein effizientes Verfahren zu erarbeiten, mit dem Nutzer mittels Elektronen- und Lichtmikroskopie vorab prüfen können, an welchen Stellen Proben am besten im Röntgenstrahl untersucht werden sollten. Schließlich soll eine Reihe modernster Werkzeuge zur Röntgenstrahldiagnose entwickelt werden, mit denen die Intensität des einfallenden Photonenstrahls und die Wellenfront der kohärenten Röntgenstrahlen genau gemessen und der Ankunftszeitpunkt der Röntgenpulse an der Probe zur Durchführung ultraschneller Experimente exakt bestimmt werden kann.
European XFEL wird am 29. und 30. Oktober in Hamburg ein EUCALL-Auftakttreffen veranstalten. Über die dreijährige Laufzeit von EUCALL hinaus sieht das Projekt vor, eine langfristige Kooperation zwischen den beteiligten Forschungsinfrastrukturen zu etablieren mit dem Ziel, die Forschungsmöglichkeiten weiterzuentwickeln und eine engeren Zusammenarbeit zu fördern.
Das Projekt wird durch die Europäische Kommission im Rahmenprogramm für Forschung und Innovation HORIZON 2020 unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 654220 gefördert.
Pressekontakt:
Dr Bernd Ebeling
Tel.:+49 40 8998 6921
E-Mail: press(at)xfel.eu
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr Thomas Tschentscher
EUCALL-Projektkoordinator
Tel.:+49 40 8998 3904
E-Mail: thomas.tschentscher(at)xfel.eu
