sb-wettbewerb_kleinDieser Artikel ist Teil des ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2017. Informationen zum Ablauf gibt es hier. Leserinnen und Leser können die Artikel bewerten und bei der Abstimmung einen Preis gewinnen – Details dazu gibt es hier. Eine Übersicht über alle am Bewerb teilnehmenden Artikel gibt es hier. Informationen zu den Autoren der Wettbewerbsartikel finden sich in den jeweiligen Texten.
——————————————————————————————————————

Wir bauen einen Röntgenlaser

von Sebastian

Ich studiere noch immer physikalische Technik und wenn ich auf anderen Seiten Texte schreibe oder Vorträge halte, blogge ich auch weiterhin unter nulliusinverba.blockblogs.de.

Röntgenlaser sind in der Forschung gerade der letzte Schrei. Vom LHC über DESY, bis hin zum European XFEL – all diese Akronyme arbeiten mit solchen Lasern. Aber warum eigentlich? Was ist das besondere an den Lasern, was verspricht man sich davon und wieso lässt mich meine Uni keinen bauen? All diese Fragen versuche ich hier zu beantworten

Es gibt eine ganze Menge Dinge, die einem im Studium so versprochen werden. Endlose Studentenpartys auf denen ausschließlich promiskuitive Menschen rumrennen, die nebenbei auch noch die intellektuelle Elite des Landes darstellen. Es hagelt Versprechen von der freien Entfaltung der Persönlichkeit und Nächten gefüllt mit anregenden Gesprächen.
Was dir allerdings niemand erzählt ist, dass das Studium stellenweise so stressig wird, das man zwischendrin zu nichts anderem mehr kommt. Das führt dann gerne mal dazu, dass die abendlichen Schlemmereien durch die Palette quasi sämtlicher kinder-Produkte, sowie Mango-Häagen-Dasz ihr zerstörerisches Potenzial frei entfalten können. Oder auf Deutsch gesagt: Weil ich nur am Ackern bin, werde ich zu fett für meine kurzen Hosen.
Wenn sich diese Hitzewallungen und der Stress wenigstens auszahlen würden, wäre ja alles nur halb so wild, aber auch nach etwas mehr als 3 Jahren des Studiums traut man mir noch immer nicht zu, Kleinigkeiten wie einen Röntgenlaser zu bauen. Ich soll zwar zu dem Thema einen Vortrag halten, aber wenn ich dann nach den nötigen Materialien für den Bau frage, höre ich immer dieselben Antworten:

„Guter Witz, aber dafür haben wir leider kein Geld.“
„Sie können nicht einfach anfangen hier einen Röntgenlaser zu bauen, sind Sie jetzt komplett durchgeknallt?“
„Wie sind Sie in meine Küche gekommen?“

Und so weiter…
Das ist allerdings extrem schade, da Röntgenlaser nicht nur eine der genialsten sondern auch eine der nützlichsten Erfindungen sind, welche die angewandten Wissenschaften in den letzten Jahren hervorgebracht haben. Mit diesen Lasern soll es möglich sein, chemische Prozesse auf atomarer Skala zu beobachten, Fotos vom inneren einzelner Moleküle zu machen und neue Werkstoffe zu analysieren. Dabei sind die Möglichkeiten zum Bau eines Röntgenlasers quasi unbegrenzt und je nach Anwendungsgebiet existieren auch verschiedene Bauweisen. Da ich aber nicht unendlich viel Platz zur Verfügung habe, reden wir heute “nur” über sogenannte Freie-Elektronen-Laser die Strahlung im Röntgenbereich erzeugen (auch “X-Ray-Free-Electron-Laser”, kurz “XFEL” genannt) und mit denen man in erster Linie Vorgänge auf mikroskopischen Skalen beobachten kann.

Und da kommen wir auch zum ersten Nachteil dieser Laser, denn ein einfacher Garten reicht leider nicht, um so ‘ne Anlage aufzubauen:

Luftaufnahme des SLAC-Beschleunigers, Gemeinfrei

Luftaufnahme des SLAC-Beschleunigers, Gemeinfrei

Das gute Stück auf dem Foto ist rund 3 Kilometer lang und wer keine unglaublich verständnisvollen Nachbarn hat oder nicht zufällig ‚nen Tunnelbohrer im Keller findet, der ist in seinen Möglichkeiten zum Bau doch stark eingeschränkt.

Der Grund für diesen etwas opulenten Aufbau liegt in der Anstrengung, die man betreiben muss, um am Ende aus so einem Elektron die nötige Röntgenstrahlung zu quetschen. Ich meine, eigentlich isses nicht schwierig. Bisschen Löten, Strom drauf, beten, fertig. Der Teufel steckt, wie immer, leider im Detail. Aber immer schön der Reihe nach. Erstmal brauchen wir nämlich ein paar Elektronen und die bekommen wir z.B. aus der sogenannten “Glühkathode”. Das ist nichts anderes, als ein aufgewickelter Draht durch den viel Strom geleitet wird. Dieser Strom gibt den Elektronen im Draht die nötige Energie, um selbigen zu verlassen und frei in der Gegend rumzufliegen. Dabei scheren sich die Elektronen leider nicht sonderlich darum, wo sie austreten und in welche Richtung sie fliegen, weshalb man sie erstmal fokussieren muss. Dafür wird erstmal eine Art Kuchenhaube mit einem Loch in der Mitte über die Glühkathode gestülpt und mit einer negativen Spannung versehen. Elektronen sind auch negativ geladen und gleiche Ladungen stoßen sich ja bekanntlich ab, sodass sie nur an einem Punkt durch diese Kuchenhaube – die von Profis auch “Wehneltzylinder” genannt wird – entkommen können. Nämlich genau in der Mitte des Lochs, wo der Abstand zum negativ geladenen Zylinder am größten ist. Um unsere Elektronenkanone (und ja, sie heißt wirklich so) zu vollenden, müssen wir die Elektronen noch ein wenig beschleunigen, damit wir später mit ihnen arbeiten können. Dafür wird eine weitere Platte mit einem Loch hinter den Zylinder gepackt und an den Stromkreislauf der Glühkathode angeschlossen. Die Platte wird dadurch zur Anode. Kathode und Anode bilden dann ein elektrisches Feld (oder genauer: Eine Potentialdifferenz), das die Elektronen beschleunigt und in den eigentlichen Beschleuniger schießt.

Skizze einer Elektronenkanone  Von Stündle - Eigenes Werk,  CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14950743

Skizze einer Elektronenkanone
Von Stündle – Eigenes Werk, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14950743

Bevor ihr jetzt zum Elektronikfachhandel um die Ecke sprintet und nach den Bauteilen fragt, will ich euch gleich einen Tipp zur Optimierung mitgeben: Klar kann man die Elektronen mit so einer Kanone in den eigentlichen Beschleuniger schießen, aber wenn ihr den Laser im großen Stil betreiben wollt, dann solltet ihr die Elektronen durch Mikrowellenstrahlung beschleunigen, das spart richtig Geld und reduziert die Länge des Lasers um locker 0,04%. Taschenformat, quasi.

Und jetzt geht die Party so richtig los. Denn wenn wir Röntgenstrahlung erzeugen wollen, können wir uns nicht mit dem bisschen Tempo zufriedengeben, das so ein Elektron in der Kanone mitbekommt. Wir brauchen Driftröhren! Und bevor ihr fragt: Nein, es ist noch cooler als es klingt!

Stellen wir uns mal vor, wir wollen schnell Zementsäcke vom Lieferwagen zum Betonmischer transportieren. Wir stellen uns in einer Reihe nebeneinander auf, einer holt den Sack aus dem Auto, wirft ihn zur nächsten Person, diese übergibt ihn an den Nebenmann und so weiter. Jetzt gibt es zwei Möglichkeiten, so einen Zementsack entgegenzunehmen. Man könnte ihn auffangen, in eine Ruhelage bringen und ihn anschließend aus eigener Kraft beschleunigen und zur nächsten Person werfen. Die Methode ist halt leider extrem langsam und ineffizient, vor allem weil sie viel Kraft kostet. Effizienter ist es, wenn man den Schwung mitnimmt, den der Zementsack ohnehin schon hat, ein bisschen eigene Kraft dazugibt und den Sack so möglichst schnell zur nächsten Person weitergibt. Wenn alle Personen den richtigen Rhythmus haben, kriegen die Zementsäcke dabei sogar eine ziemlich hohe Geschwindigkeit. Und genau so funktionieren die Driftröhren.

Aufbau einer Driftröhre (Ausschnitt) By Sgbeer (Own work) [GFDL  or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Aufbau einer Driftröhre (Ausschnitt)
By Sgbeer (Own work) [GFDL or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Die orangenen Röhren sind die Driftröhren, an die (mal wieder) eine elektrische Wechselspannung angelegt wird. Immer wenn ein Elektron auf eine Röhre zufliegt, wird diese positiv geladen, und zieht das Elektron so an. Sobald das Elektron die Röhre passiert hat, wird sie negativ geladen, um zu verhindern, dass das Elektron abgebremst wird und die nächste Röhre bekommt eine positive Ladung verpasst. Auf diese Weise wird das Elektron immer weiter beschleunigt. Da die Wechselspannung zeitlich aber sehr exakt getimed werden muss, damit die Elektronen auch wirklich durchgehend beschleunigt werden, muss man bedenken, dass die Elektronen weniger Zeit in einer Röhre verbringen, je schneller sie werden. Damit die Elektronen also in jeder Röhre unabhängig von der Geschwindigkeit die gleiche Zeit verbringen, werden die Röhren im hinteren Teil des Aufbaus entsprechend länger angelegt.

Und auch hier wieder der Profitipp: Wenn die Elektronen in den Röhren stecken, wirken diese quasi wie ein Faradayscher Käfig und das Elektron interagiert in dem Moment nicht mit dem elektrischen Feld.

Sobald die Elektronen also die nötige Geschwindigkeit haben (99,99999996% der Lichtgeschwindigkeit), ist es an der Zeit, die Röntgenstrahlung aus ihnen herauszupressen. Dafür baut man eine weitere Röhre aus Magneten, die nebeneinandergepackt werden, wobei sich die Pole abwechseln:

By Bastian Holst [GFDL  or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

By Bastian Holst [GFDL or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

In diesem sogenannten “Undulator” werden die Elektronen auf einen Slalomkurs gezwungen. Dieser Slalom bedeutet nichts anderes, als dass die Elektronen eine Kurve fliegen, also eine Beschleunigung erfährt und dabei Strahlung abgibt. In diesem Fall sind das Photonen mit der Energie von Röntgenstrahlung. Diese Photonen bewegen sich schneller als die Elektronen die sie aussenden, können sie also überholen. Einige dieser Photonen treffen wiederum auf Elektronen und werden von diesen absorbiert. Dadurch werden einige Elektronen beschleunigt, andere abgebremst. Mehrere Elektronen mit gleicher Geschwindigkeit bündeln sich also in kleinen Paketen und strahlen in jeder Kurve die sie fliegen, im Gleichtakt extrem kurze und intensive Röntgenphotonen – oder besser – Röntgenblitze ab. Und genau damit werden dann die Experimente durchgeführt.

Die Elektronen werden jetzt nicht mehr benötigt, und vom Unudlator in eine separate Röhre geleitet, die in einen sogenannten “Beam Dump” mündet, welcher die Energie der Elektronen absorbiert. Am LHC besteht einer dieser Beam Dumps zum Beispiel aus einem 7 m langen und 70×70 cm breiten, wassergekühlten Graphitblock, welcher von einem Stahlmantel umgeben ist. Drumherum wurden außerdem 750 Tonnen massive Eisenblöcke gestapelt.
Für unseren Hausgebrauch ist das vielleicht ein bisschen zu viel des Guten, wir könnten uns auch damit zufrieden geben, den Elektronenstrahl ins Haus genau der Nachbarn zu leiten, die wir eh nicht mögen. Die kriegen das schon hin, ich meine, wer wirklich JEDEN Samstag um 9 den Rasen mäht, der kommt mit sowas auch klar.

Die Elektronen sind also entsorgt und wir können jetzt die Röntgenstrahlen nutzen, um die Welt zu erobern Experimente durchzuführen. Wir könnten zum Beispiel Menschen Wasser verdampfen:

Oder wir nutzen den Laser, um Zellen und Moleküle während einer chemischen Reaktion zu beobachten, was am Ende nicht nur zu einem besseren Verständnis dieser Vorgänge führt, sondern auch zu neuen und besseren Medikamenten.
Will man jetzt rausfinden, wie eine chemische Reaktion im Detail abläuft, oder ein Molekül aufgebaut ist, benötigt man einen riesigen Haufen Geduld. Bei einer chemischen Reaktion werden von unterschiedlichen Stadien dieser Reaktion hunderttausende, besser noch, millionen einzelner Aufnahmen gemacht. Die Photonen treffen auf die Moleküle, werden an diesen gestreut und aus diesem Streumuster – genauer, aus den millionen von Streumustern – errechnet eine spezielle Software dann den genauen Aufbau des Moleküls, bzw. den Ablauf der Reaktion.
Für solche Aufnahmen sind die neuen Generationen von Röntgenlasern perfekt geeignet, da sie extrem kurze Röntgenimpulse aussenden. Bisher war es nämlich so, dass die Röntgenimpulse sehr groß (also zu langsam) waren und das Molekül oder die Zelle zerstört haben, bevor ein richtiges Bild entstehen konnte. Mittlerweile sind diese Impulse allerdings so kurz, dass sie ein Objekt passieren und ein verwertbares Bild abgeben, bevor das Objekt zerstört wird.

Da man so einen Vorgang leider nur schwer in Bildern festhalten kann, hat das DESY-Institut in Hamburg schon vor einigen Jahren einen öffentlichen Vortrag zu dieser Forschung gehalten und auch einige Ergebnisse präsentiert.

Ich könnte an dieser Stelle noch ewig über Röntgenlaser berichten, könnte erzählen, wie man die Röntgenstrahlung fokussiert, oder was die Japaner tun, um den Strahl zu optimieren, aber das würde endgültig den Rahmen sprengen. Zum Abschluss bleibt mir nur noch eins zu sagen:

Wenn ihr so einen Laser baut und einen Nobelpreis erhaltet, war ich am Erfolg des Unterfangens aktiv beteiligt, aber wenn ihr so einen Laser baut und ein SEK irgendwann in eurem Badezimmer steht, haben wir uns noch nie im Leben gesehen!

Kommentare (34)

  1. […] am 29.09.2017: Link zum Artikel […]

  2. #2 Till
    29. September 2017

    Sehr schöner Artikel. Habe an einigen Stellen herzlich gelacht und dabei noch was gelernt. Kommt auf jeden Fall auf meine Favoritenliste!

  3. #3 Cornelia S. Gliem
    29. September 2017

    Hehe – gut geschrieben. Informativ ist es auch noch! (“…Ein Bild machen, bevor das Objekt zerstört wird”- :-)).
    Und schön zu sehen, dass Wissenschaftler mal zugeben, eigentlich doch DIE WELTHERRSCHAFT anzustreben 🙂

  4. #4 Captain E.
    29. September 2017

    Gab es nicht die “einfachere” Möglichkeit, einen Röntgenlaser dadurch anzutreiben, indem man zuvor eine Atombombe zündet? Oder hatte die Idee (aus Reagans SDI-Programm) am Ende doch nicht hingehauen?

  5. #5 UMa
    29. September 2017

    Sehr schöner Artikel.

    Ein Frage habe ich: Was ist eigentlich die Ursache für die enorme Länge?
    Könnte man nicht die Elektronen 10 mal stärker Beschleunigen und damit nur 300 m statt 3 km Länge benötigen und so Kosten und Platz sparen? Was sind da die Hindernisse?
    Wenn es so einfach wäre hätte man es vermutlich schon gemacht.

  6. #6 Thomas Baumgärtel
    29. September 2017

    Also ich kann nicht sagen, ob das hier gachlich korrekt ist, aber ich habe viel begriffen und hlaub noch nie soviel geschmunzelt bei einem Blogtext 🙂

    Sehr gut! Weiter so!

  7. #7 Dampier
    29. September 2017

    Gut erklärt und so, aber die Witzischkeit fand ich etwas bemüht.

  8. #8 Crazee
    29. September 2017

    Sehr schön! Da ich ein Jahr lang am DESY in der zentralen Konstruktionsabteilung war, muss der Artikel auf meine Favoritenliste. Und ich kann mit der Witzigkeit sehr gut. Ingenieurshumor.

  9. #9 Lercherl
    29. September 2017

    Ich schließe mich Dampier an, die Witze begeistern mich nur mäßig. Für Nicht-Fachleute sind manche Witze auch nicht leicht verständlich:

    wenn ihr den Laser im großen Stil betreiben wollt, dann solltet ihr die Elektronen durch Mikrowellenstrahlung beschleunigen, das spart richtig Geld und reduziert die Länge des Lasers um locker 0,04%. Taschenformat, quasi.

    Wo liegt hier die Pointe? Was haben Mikrowellen mit dem Ganzen zu tun?

    Ansonsten ein interessantes Thema, das recht gut erklärt wird.

  10. #10 Florence
    29. September 2017

    Ich stör mich ja ein bisschen an der Bezeichnung “Laser”. Ich weiß woher das kommt, aber so’n richtiger Laser ist es eigentlich nicht…

    aber wenn ihr den Laser im großen Stil betreiben wollt, dann solltet ihr die Elektronen durch Mikrowellenstrahlung beschleunigen, das spart richtig Geld und reduziert die Länge des Lasers um locker 0,04%.

    Um oder auf?

    Ich nehme an, es geht hier um Wechselfeld vs. statische Potentialdifferenz?

    @UMa (#5)

    Könnte man nicht die Elektronen 10 mal stärker Beschleunigen und damit nur 300 m statt 3 km Länge benötigen und so Kosten und Platz sparen? Was sind da die Hindernisse?

    Man kann nicht beliebig hohe Felder aufbauen, weder statisch noch als Wechselfeld. Irgendwann gibts nen Überschlag.

  11. #11 Frantischek
    29. September 2017

    Sehr schön!

  12. #12 Mars
    29. September 2017

    hat mir auch gut gefallen, hab auch mit den ‘weltherrschaftsvisionen’ kein problem.
    das wissen vom witz zu unterscheiden find ich nicht schwer und das lockert das ganze auf, hab mehr als einmal geschmunzelt.
    dass es kein LASER im eigntlichen sinne ist, hängt nicht nur vom licht ab, vermutlich ist der strahl aber ebenso gepulst und gebündelt und polarisiert, dass man den namen schon als prinzip übernehmen kann.
    gut gemacht.

  13. #13 Mars
    29. September 2017

    @ Lecherl

    mit Microwellen kann man nicht nur sein abendessen warm machen, es wird auch vielfälltig anders genutzt
    zb auch zum beschleunigen von elektronen.

    hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Zyklotron-Resonanzheizung

  14. #14 Sebastian
    29. September 2017

    Erstmal vielen Dank euch allen für das Lob und für das positive und konstruktive Feedback

    @Cornelia
    Um Wissenschaftler die die Welt beherrschen wollen, musst du dir keine Sorgen machen. Ohne ein Team aus anständigen Ingenieuren könnten die ja nicht mal ‘nen Tacker bedienen
    (Für den Spruch gibt’s bestimmt noch ärger…)

    Captain E.
    War das die Idee, Satelliten im Weltall mit Atombomben zu betreiben und mit Röntgenlasern auszustatten, um einfliegende Raketen abschießen zu können? Falls dem so wäre, dann hat man in den USA relativ schnell festgestellt, dass selbst ein kleiner Atomsprengkopf im Satelliten ausreicht, das Ding zum größten Teil in Elektroschrott zu verwandeln, bevor auch nur eine Rakete zerstört wurde. Ich glaube das war auch das Ende dieser Idee

    @UMa
    Florence hat das schon korrekt angeschnitten, da muss man ein wenig Rücksicht auf die Stromversorgung der umliegenden Städte nehmen, aber auch auf die Geschwindigkeit der Elektronen. Je kürzer der Weg wird, auf dem Elektronen beschleunigt werden, desto genauer müssen die elektrischen Felder getimed werden, damit man nicht versehentlich ein paar Elektronen abbremst. Da ist man auch nicht undankbar, wenn man einen halben Kilometer mehr Platz hat.
    Außerdem werden die meisten Institute ihren Laser durch einige Module erweitern, um den Strahl noch genauer zu fokussieren, oder ihm noch mehr Energie zuzuführen. Das macht die ganze Konstruktion noch größer, sodass die Beschleuniger da gar nicht mehr groß auffallen. Und es gilt natürlich auch, einige Sicherheitsvorkehrungen zu beachten, da auch extrem kurze Röntgenimpulse trotz allem noch Röntgenstrahlung sind, der man sich nicht versehentlich jeden Tag aussetzen will.

    @Crazee
    Das DESY ist extrem cool. Insbesondere weil es regelmäßig Unmengen an Forschungs- und Pressematerial veröffentlicht hat (auf das man nicht mehr zugreifen kann, seit die neue Homepage da ist 😀 ).
    Aber jetzt weiß ich, bei wem ich mich melde, wenn ich mal wieder an das Zeug ran muss

    @Lercherl
    Dass der Gag eher Leute “vom Fach” anspricht, hab’ ich mir schon gedacht. Der Gedanke ist, dass man bei der anfänglichen Beschleunigung der Elektronen ein paar Meter einsparen kann, wenn man sie gleich zu beginn mit Mikrowellen beschießt und so ihre Geschwindigkeit erhöht, was so knapp 0,04% am Gesamtaufbau einspart.

    @Florence
    Wenn man die Definition des Lasers wirklich exakt auslegt, dann ist der Röntgenlaser tatsächlich eher ein Sonderfall, aber wie Mars schon sagt, die Kriterien sind soweit eigentlich erfüllt

    Um oder auf?

    Ich meine “um”. Man spart zwar ein paar Meter an den Undulatoren ein, aber beschleunigen muss man die Elektronen sowieso.

    Ja, statisches vs. Wechselfeld ist ja anscheinend noch immer so ein Dauerbrenner. Aber wenn man schon Geld für ‘nen Laser investiert, dann kann man auch ein Wechselfeld generieren, finde ich 😀

  15. #15 Sebastian
    29. September 2017

    @Mars
    Genau, wenn ich das richtig im Kopf hab’, sind die Strahlen gepulst, polarisiert und bündeln kann man sie auch einigermaßen

  16. #16 Pilot Pirx
    Aqatropolis/Irgendwo
    29. September 2017

    Schöner Artikel mit hohem Grinsefaktor.
    Der Spaß würde ungefähr was kosten?

  17. #17 Captain E.
    29. September 2017

    @Sebastian:

    War das die Idee, Satelliten im Weltall mit Atombomben zu betreiben und mit Röntgenlasern auszustatten, um einfliegende Raketen abschießen zu können? Falls dem so wäre, dann hat man in den USA relativ schnell festgestellt, dass selbst ein kleiner Atomsprengkopf im Satelliten ausreicht, das Ding zum größten Teil in Elektroschrott zu verwandeln, bevor auch nur eine Rakete zerstört wurde. Ich glaube das war auch das Ende dieser Idee

    Genau die war das, aber das Problem dürfte eher woanders gelegen haben. Ein waffenfähiger Röntgenlaser benötigt halt viel Energie, und die hätte von der eingebauten Kernwaffe kommen sollen. Es leuchtet nun ein, dass die ganze Technik um diesen Sprengsatz herum bei der Zündung verdampft und zerstückelt wird. Angedacht war daher meines Wissens letztlich ein gerichteter Sprengkopf, der detoniert und in nur eine Richtung seine Röntgenstrahlen abschießt. Ein Satellit als Abschussbasis hätte einfach zum Zeitpunkt der Detonation hinreichend weit entfernt sein müssen. Die Problem dabei dürften ebenso trotzdem technischer wie politischer Natur gewesen sein. Wie bekommt man diese Kernwaffen dorthin, wo man sie haben will, so dass sie im richtigen Moment detonieren und das Ziel mit hinreichender Stärke treffen? (Zu weit entfernt mit zu großer Auffächerung bedeutet schließlich eine Fahrkarte.) Und dann sind dann die beiden politischen Aspekte. Einerseits war damals schon die Stationierung von Kernwaffen im Weltraum umstritten (ein Start von der Erde aus ist aber bestimmt auch angedacht worden) und zum einen ging damals plötzlich und überraschend der Kalte Krieg (zunächst einmal) zu Ende. Warum soll man viel Geld ausgeben, um Waffen gegen einen Gegner zu entwickeln, der ohnehin gerade schlapp gemacht hat?

  18. #18 Florence
    29. September 2017

    dass es kein LASER im eigntlichen sinne ist, hängt nicht nur vom licht ab, vermutlich ist der strahl aber ebenso gepulst und gebündelt und polarisiert, dass man den namen schon als prinzip übernehmen kann.

    Wenn man die Definition des Lasers wirklich exakt auslegt, dann ist der Röntgenlaser tatsächlich eher ein Sonderfall, aber wie Mars schon sagt, die Kriterien sind soweit eigentlich erfüllt

    Disclaimer: Was jetzt kommt hat nichts mit dem Autor des obenstehenden Wettbewerbsbeitrags zu tun, sondern ist ein bisschen ein pet peeve von mir.

    “Laser” ist durch das Prinzip definiert und nicht durch das Produkt (also das Licht). Das Akronym steht für “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. Bei einem XFEL kriegen wir zwar kollimierte, kohärente Photonen, aber da wird weder was verstärkt, noch findet stimulierte Emission statt. Also strenggenommen kein Laser.

    Die Gründe warum ein XFEL überhaupt (a) kollimierte und (b) kohärente Strahlung erzeugt und man nicht einfach Dipolabstrahlung bekommt sind übrigens ziemlich faszinierend. Vielleicht wäre das was für den Autor für nächstes Jahr 🙂

  19. #19 Florence
    29. September 2017

    Ach Mist, ich hab einen Smiley benutzt. Ich tippe mal, deswegen ist mein Kommentar jetzt in der Moderation gelandet… sorry.

  20. #20 Sebastian
    29. September 2017

    @Pilot Pirx
    Das geht aus der Portokasse. Mit rund 1,2 Milliarden Euro hast du die Luxusversion mit allem drum und dran. Je nach dem wie viel Eigenleistung du einbringst (den Graben selbst ausheben, Driftröhren schweißen und sowas), kommst du bestimmt auch mit 700, vielleicht 800 Millionen Euro hin.

    @Captain E.
    Ich hab’ mal die Geschichte auf Wikipedia überflogen.
    Abgesehen von den technischen und politischen Problemen, die wir angesprochen haben, scheiterte das Projekt wohl auch daran, dass diese Form der Energieerzeugung einfach nicht genug Leistung bringt, um was anderes als Kurzstreckenraketen treffen zu können.
    Und letztendlich war das Ende des Projekts wohl wirklich das Zusammenspiel aus extrem hohen Entwicklungskosten, wenig Aussicht auf Erfolg und dem Wegfall eines Feindes, der Raketen schicken könnte.
    Aber hey, wenn irgendwann die Aliens kommen, erleben wir garantiert ein Revival des Projekts

  21. #21 Eisentor
    29. September 2017

    Als Jugendlicher wollte ich immer einen richtig großen Katapult bauen. Jetzt habe ich ein neues Ziel… 😀

  22. #22 Jonas
    29. September 2017

    In den Beschleunigungsröhren werden die Felder also sehr genau auf Position und aktuelle Geschwindigkeit/Impuls eines Elektrons abgestimmt.
    Was verstehe ich falsch, da das Heisenberg zu widersprechen scheint?

    Danke!

  23. #23 Sebastian
    29. September 2017

    @Jonas
    Wenn man versuchen würde, die Position der Elektronen zu jedem Zeitpunkt exakt zu bestimmen, dann bekäme man tatsächlich ein Problem mit Heisenberg, weswegen das nicht probiert wird. Vereinfacht gesagt, rechnet man sich einfach aus, wie viel Zeit das Elektron benötigt, bis es eine Röhre mit ziemlicher Sicherheit durchquert hat und passt das Timing der Felder entsprechend an. Dabei bleiben natürlich auch mal ein paar Elektronen auf der Strecke, aber das wird dann einfach unter “ein bisschen Schwund ist immer” verbucht

  24. #24 Sebastian
    29. September 2017

    @Florence
    Wie gesagt, ich bin da ganz bei dir, wenn man der Definition folgt, sind diese Röntgenlaser eigentlich keine. Ich finde, der Begriff XFEL bringt da doch schon etwas mehr Licht ins Dunkle. Das macht’s nicht besser, aber hoffentlich erträglicher 😀

  25. #25 rolak
    29. September 2017

    XFEL .. mehr Licht

    Goethe hin oder her, Sebastian, Da wird das bisherige Akronym doch nur in einem Initial eines neuen Akronymes versteckt.
    Und unabhängig vom sprachlichen Kompressionsgrad: “amplification by stimulated emission”, der Kern und das Mittelstück findet nicht statt. Es bleibt eine naheliegende, doch schlicht verfälschende bis falsche Benennung.

    Manche Menschen gruselt dergleichen mehr als solche auf höherem PragmatismusLevel…

  26. #26 Pilot Pirx
    29. September 2017

    @Sebastian: Nur 1,2 Mrd. Euronen? Kein Wunder, daß Du das nicht bauen darfst. Oma sagte immer, Billigkram taugt nix. 😉

    Und nur Kurzstreckenraketen abwehren?
    Vermutlich meinst Du Mittelstreckenwaffen.
    Und beide Seiten hätten Sack und Seele gegeben, sowas abwehren zu können. Um Langstreckenraketen hat man sich lang nicht solche Sorgen gemacht. Frage der Vorwarnzeit.

  27. #27 tomtoo
    29. September 2017

    Ach in Zukunf nutzt man eh so eine Wakeboard Plasmabeschleuniger. Passt in jedes Junggesellen Bad. Und der ware Entwicklungsgrund (der hübschen Nachbarin beim Duschen zuschauen) kommt ans Tageslicht. ; )

  28. #28 Pilot Pirx
    29. September 2017

    @tomtoo:
    Etwas viel Aufwand wegen der Nachbarin. Einfach mal fragen ob man schauen darf bringt es erstaunlich oft.
    Bzw. in meinem Alter brachte es… 🙁 😉

  29. #29 Karl-Heinz
    30. September 2017

    @Sebastian
    Cooles Thema und echt witzig geschrieben.
    —————————————-
    Kino aus der Quantenwelt
    http://www.spektrum.de/news/kino-aus-der-quantenwelt/1498243

  30. #30 Alderamin
    30. September 2017

    Nicht ganz mein Humor, aber trotzdem volle Punktzahl für den schön bebilderten und gut erklärten Artikel.

  31. #31 Pete
    30. September 2017

    Kleiner Funfact am Rande:
    Einen Teil des Roentgenlasers hatte bis vor einiger Zeit nahezu jeder (einige immer noch) in der Wohnung/am Arbeitsplatz.
    Das war die Elektronenkanone und die steckte in den Bildroehren der Fernseher und Monitore. Bei Farbgeraeten sogar in dreifacher Ausfertigung.

    Driftroehren braucht die Bildroehre allerdings nicht, die Elektronen werden in einem Gleichfeld beschleunigt, bei S/W-Roehren mit ca. 16-18kV, bei Farbroehren mit 25-27kV.

  32. #32 Uli Schoppe
    1. Oktober 2017

    Was mich wirklich antörnt ist das man ein so altes Verfahren immer noch nutzt um die Elektronen zu erzeugen. Kenne ich noch aus meinem Physik LK. Machen die das wirklich so?

  33. #33 Sebastian
    4. Oktober 2017

    @rolak
    Wie gesagt, ich bin da ganz bei euch, aber jetzt haben wir den Definitionssalat, da müssen wir durch. Sollte allerdings jemals jemand eine offizielle Änderung des Namens anstreben, dann bin ich auf jeden Fall dabei.

    @Pilot Pirx
    Ich zitiere mal aus der englischen Wikipedia. Da ich anscheinend zu doof bin, ‘nen Hyperlink einzufügen: Die Quelle ist der englische Artikel über “Project Excalibur”, Unterpunkt “Early Skepticism”, 5. Absatz:

    “This review was even more critical of the concept, stating that due to energy limits the system would only be useful against missiles at short range and that would limit it to those missiles launched from locations close to the United States”

    Ich vermute, in dem Zusammenhang geht’s in erster Linie um den Kosten-Nutzen-Faktor. Wenn man schon hunderte Millionen Dollar und Jahre der Entwicklungszeit investiert, um ein Raketenabwehrsystem im Weltall zu bauen, dann will man wohl irgendwas, das auch wirklich überall Raketen aus der Luft holen kann.

    @Uli Schoppe
    In den meisten Fällen nutzt man diese Technologie tatsächlich. In Fernsehern haben die Röhren (wie Pete erwähnte) bereits ausgedient, aber für gewisse Laseranwendungen stellen diese Elektronenquellen eine ziemlich günstige und zuverlässige Alternative dar. Natürlich gibt’s noch andere Möglichkeiten zur Erzeugung eines Laserstrahles, die kosten allerdings ein wenig mehr.