European XFEL – ein starker Ort für Forschung und Innovation

In Schenefeld im Kreis Pinneberg steht eine Forschungsanlage der Superlative: Der European XFEL (X-Ray Free-Electron Laser). Der weltweit größte Röntgenlaser übertrifft mit 27.000 Röntgenlichtblitzen pro Sekunde die Strahlkraft der besten Röntgenstrahlquellen herkömmlicher Art um ein Milliardenfaches. Seine ultrakurzen und zudem extrem leuchtstarken Blitze bieten völlig neue Forschungsmöglichkeiten auf unterschiedlichsten naturwissenschaftlichen Gebieten. Die Forschungsergebnisse können in Zukunft dazu beitragen, gesellschaftliche Herausforderungen zu meistern und zum Beispiel Wissenschaft und Industrie dabei helfen, Prozesse und Produkte zu optimieren sowie zukunftsweisende Innovationen zu entwickeln.

Internationales Großprojekt und bedeutendes Unternehmen im Kreis
Der European XFEL ist eine internationale Forschungseinrichtung und wurde nach achtjähriger Bauzeit 2017 in Betrieb genommen. Genehmigt wurde die Anlage in dem teilweise dichtbesiedelten Gebiet, da sichergestellt ist, dass von ihr keinerlei Gefahr ausgeht. Auf dem 27 Hektar großen Betriebsgelände der Anlage befinden sich das Zentralgebäude mit Labors, Seminarräumen und Büros, der unterirdischen Experimentierhalle und den damit verbundenen unterirdischen Tunnelröhren, die Werkstatt und das Lager, ein Gästehaus, ein öffentlich zugängliches Restaurant und als neueste Komponente das im November 2024 eröffnete Besucherzentrum „Lighthouse“. Zu einem Rundgang über den Campus lädt ein ausgeschilderter Pfad ein, der über die Anlage und die auf dem Gelände durchgeführten Ausgleichs- und Renaturierungsmaßnahmen informiert.
Der Überblick verdeutlicht die Größe der Anlage.
Abb.: European XFEL
Betreiber der internationalen Forschungsanlage unter Leitung von Prof. Dr. Thomas Feurer (Vorsitzender Management Board) ist die European XFEL GmbH, die eng mit dem Hauptgesellschafter, dem Forschungszentrum DESY in Hamburg, und weltweit mit wissenschaftlichen Einrichtungen kooperiert. Neben Deutschland mit Bund, Land Schleswig-Holstein und Hansestadt Hamburg sind elf weitere europäische Länder an dem Projekt beteiligt, wobei Deutschland mehr als die Hälfte der Kosten trägt.
European XFEL zählt mittlerweile zu den größten und attraktivsten Arbeitgebern im Kreis Pinneberg. Unter den 500 Mitarbeitenden, deren Haussprache wegen der Internationalität Englisch ist, finden sich Experten aus Physik, Chemie, Bio- und Materialwissenschaften, Ingenieure, Techniker und Handwerker, Fachkräfte in der Administration sowie aktuell vier, demnächst sechs Auszubildende. Auch als Talentschmiede für Studenten und Doktoranden hat sich European XFEL einen Namen gemacht. Bewerbungen sind jederzeit willkommen.

Herzstück des Röntgenlasers ist der Beschleuniger
Der Röntgenlaser befindet sich größtenteils in den Tunneln unter der Erde. Die 3,4 Kilometer lange Tunnelanlage reicht vom DESY-Campus in Hamburg bis zum European XFEL-Forschungscampus nach Schenefeld. Herzstück des Röntgenlasers ist der 1,7 Kilometer lange supraleitende Beschleuniger, der von DESY aus betrieben wird. Auf dem DESY-Campus befindet sich auch die Elektronenquelle – der Injektor. Der Beschleuniger bringt Elektronenpakete bei extrem tiefer Temperatur nahezu auf Lichtgeschwindigkeit und schickt sie anschließend durch lange Undulatormodule. Hier zwingen Magnetsysteme die Elektronen auf Slalombahnen. Dadurch senden die Teilchen Licht aus, das sich kontinuierlich verstärkt, bis schließlich ein extrem kurzer und intensiver Röntgenblitz entsteht. Die Lasereigenschaften dieser Blitze machen bestimmte Experimente möglich, etwa die Aufnahme von kleinen Strukturen und extrem schnellen Reaktionen. Der European XFEL verfügt über drei verschiedene Undulatoren, die Röntgenblitze mit unterschiedlichen Eigenschaften für die Instrumente an den Experimentierstationen erzeugen.
Forscher erhalten einzigartige Einblicke in den Mikrokosmos
Filme von chemischen Reaktionen, die sich in Sekundenbruchteilen abspielen, Bilder von Eiweißen, auf denen jedes Atom zu sehen ist, Aufnahmen von Nanowerkstoffen, bei denen sich feinste Einzelheiten erkennen lassen oder der Blick auf Materiezustände, wie sie im Inneren von Riesenplaneten oder Sternen existieren - der Super-Röntgenlaser liefert den Forschenden, denen sieben Experimentierstationen zur Verfügung stehen, einzigartige, zuvor nicht mögliche Einblicke in den Mikrokosmos:
- In den Biowissenschaften erhalten sie detaillierte dreidimensionale Bilder von Zellbestandteilen, einzelnen Eiweißmolekülen und Viren. Die Ergebnisse helfen bei der Krankheitsbekämpfung und dem gezielten Design von Medikamenten.
- In der Chemie können Forschende Reaktionen filmen und dabei wie in Zeitlupe erkennen, wie einzelne Atome miteinander reagieren. Mit diesem Wissen lassen sich beispielsweise industriell relevante Katalysatoren optimieren.
- In der Physik und den Materialwissenschaften helfen die Untersuchungen, den genauen Aufbau von Nanomaterialien zu studieren – wichtige Werkstoffe für die Zukunft, etwa für effektivere Solarmodule und Brennstoffzellen sowie für künftige Datenspeicher. In der Astrophysik nehmen Forschende extrem heiße und stark zusammengepresste Materieproben unter die Lupe. Damit lernen sie, wie es im Inneren von Sternen und Planeten aussieht und inwieweit sich Fusionsprozesse als neue Energiequelle eignen.

European XFEL zieht Spitzenforscherteams verschiedenster Fachdisziplinen aus aller Welt an, die sich mit ihren Projekten bewerben. Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten werden nicht kommerziell vermarktet, sondern öffentlich zugänglich gemacht, denn die European XFEL GmbH ist gemeinnützig.
Bilder (v.l.) Experimentierstation Vorbereitungen Die Teams des European EXFEL bereiten die Experimentierstationen – hier das SQS (small Quantum Systems) Instrument – für die Versuche der Forschenden vor, die oft eine Woche lang Daten sammeln dürfen. (Foto: European XFEL/Jan Hosan); Kontrollraum Auf zahlreichen Monitoren im Kontrollraum werden die Experimente überwacht. (Foto: European XFEL)
Besucher sind gern gesehen
Nicht nur Forschungsteams sind am European XFEL willkommen. Der Campus hält mit dem Wissenschaft-Erlebniszentrum „Lighthouse“ auch Besuchern jeden Alters die Türen auf. Hier warten eine interaktive Dauerausstellung und das Xcool Lab darauf, entdeckt zu werden, stehen Konferenzräume zur Verfügung und laden wechselnde Sonderveranstaltungen ein.

In der Dauerausstellung mit dem Anlagenmodell veranschaulichen interaktive Exponate, Multimedia sowie Originalteile die Forschungsanlage. Im Xcool Lab können Schulklassen Wissenschaft hautnah erleben. In zwei hochmodernen Laboren für Physik und Molekularbiologie ist praktisches Lernen möglich durch forschungsbezogene Kursangebote mit Bezug zu Fachanforderungen in der Schule.



Die Sonderveranstaltungen bieten geführte Besichtigungen, Konzerte, Kunstausstellungen und besondere Events wie eine Lasershow. Aktuell ist noch bis zum 28. Juni die Kunstausstellung „Parallele Universen – Fluro-Art von Felix Stöver“ zu sehen. Sie zeigt fluoreszierende und phosphoreszierende Kunstwerke des norddeutschen, bereits verstorbenen Künstlers und Wissenschaftlers Felix Stöver. Für Familien stehen einmal im Monat die Science-Samstage auf dem Programm. Und am 28. Juni lädt der European XFEL zum Tag der offenen Tür ein. Mehr Information unter www.xfel.eu/besucherinnen.
Kontakt
European XFEL GmbH
Holzkoppel 4, 22869 Schenefeld
Telefon 040 - 89986006
www.xfel.eu