SACLA: erstmals Messungen mit hochenergetischen Röntgen-Laser-Pulsen bis zu 10 keV

SACLA (SPring-8 Angstrom Compact free-electron LAser bedeutet gleichzeitig Kirschblüte さくら ausgesprochen Sa-Ku-Ra) ist ein Freier-Elektronen-Laser (FEL) am RIKEN Harima Institut in Hyogo/Japan. Dort konnte erstmals an einem FEL mit Röntgen-Strahlen einer Energie von bis zu 10 keV experimentiert werden. Mit den pnCCD-Detektoren durchgeführte Experimente lieferten wertvolle Erkenntnisse über das Verhalten dieser Detektoren unter im Labor nicht bereitstellbaren Bedingungen. Die hohe Röntgenenergie ist gleichbedeutend mit einer kurzen Lichtwellenlänge von ca. 1 Å = 0,1 nm – das entspricht etwas dem Durchmesser eines Chloratoms – und erlaubt daher die Analyse von entsprechend kleinen Strukturen.

Die neuartigen Lichtquellen basierend auf dem FEL-Konzept erzeugen kohärentes Licht im Röntgenbereich mit Pulslängen von nur 10 – 100 Femtosekunden (1 Femtosekunde = 1·10^-15 Sekunden) und tragen deshalb weitreichend zum Studium und besseren Verständnis grundlegender physikalischer Prozesse bei, z.B. über den Aufbau komplexer Moleküle. Die gleichzeitig sehr hohe Intensität der Freie-Elektronen-Laser von bis zu 10¹² Photonen pro Puls erlaubt die Gewinnung von wertvollen Informationen mit nur einem einzigen Treffer. Dabei macht man sich zu Nutze, dass bei kohärenter Bestrahlung eines abzubildenden Objektes durch Überlagerung von konstruktiver und destruktiver Interferenz der auslaufenden Wellenfronten ein Streubild entsteht, welches sich ohne abbildende Linsenelemente mittels Bildrekonstruktion wieder in ein ortsaufgelöstes Abbild des Objektes zurückführen lässt (sog. „Coherent diffraction imaging“, CDI).

PNSensor hat bei der Entwicklung der Röntgendetektoren mit 1024 × 1024 Pixel die Federführung innegehabt. Auch tragen der Aufbau und die System-Integration die Handschrift von PNSensor. Bei den Messungen vor Ort übernahm PNSensor die Verantwortung für die optimale wissenschaftliche Nutzung der Fokalebene, ebenso wie die Aufbereitung der gewonnenen Daten für weitergehende Analysen.

Weblinks:

• SACLA Home (englisch)
• Lightsources of the World

Literatur:

1. T. Barends et al., "Anomalous signal from S atoms in protein crystallographic data from an X-ray free-electron laser", Acta Cryst. D Vol. 69, pp 838-842, 2013; DOI:10.1107/S0907444913002448