Fraunhofer IZM-Forscher liefern Kamerakomponenten für den leistungsstärksten Röntgenlaser

9.10.2017

Am 01. September wurde der weltweit leistungsstärkste Röntgenlaser, der European XFEL, offiziell für die Forschung freigegeben. Acht Jahre lang war ein internationales Team an seiner Entwicklung beteiligt – auch Forscher des Fraunhofer IZM.

© Foto A. Allahgholi – CFEL

SPB Kamera am XFEL mit Modulen, die am Fraunhofer IZM aufgebaute wurde

Knapp vierzig Meter ruht der Röntgenlaser unter der Erde zwischen Hamburg und Schleswig-Holstein. Mehr als drei Kilometer ist er lang und ermöglicht nun Forschergruppen, die dreidimensionale Struktur von Biomolekülen zu entschlüsseln und synthetische Materialien zu analysieren. Die Moleküle werden von dem Röntgenlaser fotografiert, indem er extrem helle und ultrakurze Lichtblitze produziert. Bis zu 27 000 Mal pro Sekunde wird quasi der Auslöser gedrückt – und damit 200 Mal mehr als bei anderen Röntgenlasern. Aneinandergereiht ergeben die Bildaufnahmen ganze Filme, anhand derer sich der Ablauf von biochemischen und chemischen Prozessen erforschen lässt. Das Berliner Fraunhofer IZM übernahm beim European XFEL die Herstellung der Module für die SPB-Kamera, welche unter anderem für die Analyse von Biomolekülen eingesetzt werden kann. Dafür wurden am Fraunhofer IZM die elektronischen Komponenten auf Siliziumwafern mit mikrometergroßen Lotkugeln versehen und anschließend auf den röntgensensitiven Silizium-Sensorchip von 11 X 3 cm² Größe je 16 elektronische Auslesechips gebondet. Damit sind es die größten Detektor-Module, die bisher am Institut aufgebaut wurden. Der Blick in den Nanokosmos gewinnt damit erheblich an Kontur und es werden Antworten greifbar, nach denen Forschende schon lange suchen: Welche Struktur hat das Alzheimer-Protein oder was passiert im Körper, wenn Krebszellen entstehen. Die Forschung unter der Erde könnte die Grundlage sein, Medikamente gegen Krankheiten zu entwickeln, die bisher nicht zu heilen sind.

Die Mitarbeit am European XFEL versteht sich als Weiterentwicklung der Pixel-Detektor-Aktivitäten am Fraunhofer IZM. So konnten in der Vergangenheit bereits Erfahrungen beim Aufbau von Detektor-Modulen für den Teilchenbeschleuniger des CERN in Genf gesammelt werden, die dem Geheimnis der Teilchenmassen und der Natur der dunklen Materie auf der Spur sind. 20 Kamera-Module haben die Fraunhofer-Wissenschaftler bereits für den European XFEL fertiggestellt. Durch die Strahlung am Röntgenlaser werden diese jedoch stark belastet. Daher arbeiten die Forscher daran, bis zu 100 Stück aufzubauen.