11.09.2019

Spektrometer für ultraschnelle Experimente an Röntgenlasern



Mit einer neuen Infrastruktur wollen Forschende aus Kassel und Dortmund die technischen Beschränkungen von modernen Röntgenlasern wie dem FLASH in Hamburg überwinden. Ein sogenanntes winkelaufgelöstes Flugzeitspektrometer samt einer maßgeschneiderten, auf maschinelles Lernen gestützten Auswertungssoftware soll es ermöglichen, extrem schnelle chemische Reaktionen hochpräzise zu untersuchen.

Mit ultrakurzen Röntgenpulsen sind Freie Elektronen Laser (FEL) in der Lage, chemische Reaktionen auf atomarer Skala in Echtzeit zu untersuchen. Solche Pulse zu erzeugen ist aber ein komplizierter Prozess. Dabei kann es zu Schwankungen in der Pulsdauer, ihrer Form, der spektralen Verteilung oder unregelmäßigen Ankunftszeiten kommen. Die Laserpulse sind also nicht "perfekt", was genaue Analysen chemischer Reaktionen erschwert.

Ziel des Projekts SpeAR-XFEL ist es, eine Methode zu entwickeln, die einzelne Pulse zuverlässig und online charakterisiert. Zu diesem Zweck entwickeln Physiker aus Dortmund und Kassel ein neuartiges, sogenanntes Flugzeitspektrometer.

Aus den Flugzeitspektren werden in Zusammenarbeit mit Informatikern aus Kassel mittels künstlicher Intelligenz für jeden der ultraschnellen Pulse ihre zeitliche Struktur, Polarisation und Energie extrem genau und online ausgewertet. Mit dieser neuen Infrastruktur werden neue, bislang nicht durchführbare wissenschaftliche Experimente möglich und Deutschlands Spitzenrolle in der Röntgen-Freie-Elektronen-Laser (XFEL)-Technologie gestärkt.

Von Seiten der Universität Kassel sind Dr. André Knie, Institut für Physik, und Prof. Dr. Bernhard Sick, Fachgebiet Intelligent Embedded Systems, an dem Projekt beteiligt. Die Federführung hat die TU Dortmund, auf deren Seite Jun.-Prof. Dr. Wolfram Helml das Projekt leitet. Die Entwicklung des neuartigen Detektors geschieht in enger Zusammenarbeit mit Experten des Helmholtz-Zentrums Berlin (BESSY) und vom European X-ray Free-Electron Laser (European XFEL). Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Vorhaben in den kommenden drei Jahren mit rund 1,17 Mio. Euro.

Quelle: Universität Kassel




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