DiPOLE ist ein diodengepumpter optischer Laser für Experimente. Dieser neue Lasertyp kann sehr effizient hochenergetische grüne Lichtblitze erzeugen. Erstmalig wurde ein solcher hochmoderner Laser Ende 2022 am European XFEL aufgebaut und betrieben.
Entwickelt wurde der Laser von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern an der Central Laser Facility (CLF) des Science and Technology Facilities Council in Großbritannien im Rahmen des HiBEF-Nutzerkonsortiums. Pro Sekunde kann er bis zu zehn Hochenergiepulse abgeben. Die leistungsstarken Pulse sind nur wenige Nanosekunden lang und erzeugen wie ein „Hammer“ intensive Schockwellen in verschiedenen Arten von Materie.
Neue Möglichkeiten in der Materie-Forschung
Die Hochenergiepulse von DiPOLE ermöglichen es uns, in sehr kurzer Zeit Bedingungen mit Drücken von bis zu 10.000 Tonnen pro Quadratzentimeter und Temperaturen von über 10.000 °C zu erzeugen“, sagt Erik Brambrink, Hochenergielaser-Wissenschaftler am European XFEL, der den DiPOLE-Laser gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen von European XFEL, dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und DESY in die HED-Experimentierstation integriert hat.
10.000 Tonnen pro Quadratzentimeter entsprechen dem Gewicht eines Flugzeugträgers auf einem Tennisball. „Dies ermöglicht die Untersuchung eines breiten Spektrums von Phänomenen, von der Erforschung des Verhaltens von Materie im Inneren von Planeten bis hin zu Materialversagen in industriellen Anwendungen.“
Die Erforschung extremer Materiezustände eröffnet ein neues wissenschaftliches Forschungsfeld und ermöglicht es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Materiezustände zu erzeugen, die nur auf fernen Exoplaneten oder tief im Inneren der Erde existieren. DiPOLE wird in Kombination mit den ultrakurzen Röntgenpulsen des European XFEL solche Untersuchungen ermöglichen und den Forschenden aufgrund der stark erhöhten Anzahl von Pulsen pro Sekunde effizientere Messungen erlauben.
Die Nutzerinnen und Nutzer des European XFEL profitieren bereits von dem DiPOLE 100-X-Laser. Im vergangenen Monat wurde das erste Nutzerexperiment mit DiPOLE erfolgreich abgeschlossen. Mit dem Gemeinschaftsprojekt von über 100 Forschenden aus aller Welt sollte DiPOLE an seine Grenzen gebracht werden, um zu untersuchen, wie sich verschiedene Materialien unter hohem Druck und hohen Temperaturen verändern.
Weitere Fortschritte in Aussicht
In den kommenden zwölf Monaten werden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler DiPOLE für weitere Studien an anderen wichtigen Materialien einsetzen, zum Beispiel an kohlenstoffbasierten Strukturen wie Diamant, und nach Übergängen wie der Umwandlung von einem festen in einen flüssigen Zustand suchen.
„Mit DiPOLE können wir mit Leichtigkeit extreme Zustände erhalten, und in Kombination mit den extrem kurzen, hochenergetischen Röntgenpulsen von European XFEL können wir das Verhalten dieser Zustände verstehen, und wie sie sich innerhalb von wenigen Milliardstel Sekunden verändern“, sagt der Leiter der Forschungskollaboration Professor Malcolm McMahon von der Universität Edinburgh.
„Die Fähigkeit von DiPOLE, bis zu zehnmal pro Sekunde zu feuern, ermöglicht es uns, viel mehr Aufnahmen zu machen als in anderen Einrichtungen, und das ist ein enormer Vorteil in der Spitzenforschung.“
