- Die Hefei Advanced Light Facility sendet erfolgreich den ersten Elektronenstrahl aus und treibt die Röntgenwissenschaft voran.
- Die Helligkeit und Kohärenz der Röntgenstrahlen von HALF werden die der dritten Generation um das 100-fache übertreffen.
- Die Anlage wird über bis zu 35 Experimentierstationen verfügen, die mehrere Forschungsbereiche abdecken.
- HALF ist eine wichtige Infrastruktur für Chinas Pläne zur Halbleiterunabhängigkeit.
China hat einen wichtigen Schritt beim Bau seines fortschrittlichsten wissenschaftlichen Instruments vollzogen: Die Hefei Advanced Light Facility (HALF) hat erfolgreich den ersten Elektronenstrahl erzeugt und die Elektronen durch einen 192 Meter langen Linearbeschleuniger auf 2,2 Milliarden Elektronenvolt beschleunigt, womit der Weg für eine neue Generation der Röntgenwissenschaft geebnet wird. Dieser Erfolg wurde von der University of Science and Technology of China bekannt gegeben, die für das Projekt verantwortlich ist. HALF ist eine Synchrotron-Lichtquelle der vierten Generation. Solche Anlagen erzeugen extrem helle Röntgenstrahlen, indem sie schnelle Elektronen durch Magnetfelder lenken, und ermöglichen es, Materie mit atomarer Auflösung abzubilden. Nach ihrer Fertigstellung wird die Anlage zu einem der leistungsfähigsten wissenschaftlichen Instrumente weltweit gehören.
Jede Generation von Synchrotron-Lichtquellen erreicht eine höhere Präzision bei der Steuerung des Elektronenstrahls als die vorherige. Der Elektronenstrahl wird feiner und fokussierter, und die daraus resultierenden Röntgenstrahlen werden heller und kohärenter. Die Röntgenstrahlen von HALF werden mehr als 100-mal heller und kohärenter sein als die der dritten Generation – ein Unterschied, der nicht schrittweise, sondern sprunghaft ist. Dies wird experimentelle Techniken ermöglichen, die bei geringerer Helligkeit nicht durchführbar sind, darunter die Abbildung dynamischer Prozesse im Inneren von Materialien in atomarer Auflösung sowie die Kartierung von Strukturen, die für frühere Instrumente zu fragil oder zu komplex waren. Laut Angaben der University of Science and Technology of China ist HALF auf die weltweit höchste Helligkeit und Stabilität ausgelegt.
Die technologischen Vorteile von HALF
Der Projektleiter und Akademiker der Chinese Academy of Sciences, Feng Donglai, bestätigte, dass alle Schlüsselkomponenten des Linearbeschleunigers in China hergestellt wurden. „Die erfolgreiche Erzeugung des Elektronenstrahls bedeutet, dass wir einen entscheidenden Schritt auf dem Weg zu unserem Endziel gemacht haben“, sagte der Projektwissenschaftler He Zhigang. „Die Qualität, Stabilität und Zuverlässigkeit des Elektronenstrahls hat erhebliche Auswirkungen auf die Experimente, die HALF durchführen wird.“ Die Anlage wird最终 über bis zu 35 Experimentierstationen verfügen, die Wissenschaftlern aus aller Welt offenstehen. Die ersten 10 Stationen decken ein breites Anwendungsspektrum ab: Hochtemperatursupraleitung, neue Energiebatterien, fortschrittliche Materialien, Lebenswissenschaften (einschließlich Alzheimer-Forschung) sowie eine entscheidende Plattform für die EUV-Lithografie – ein Verfahren, das für die Herstellung moderner Halbleiter von zentraler Bedeutung ist und derzeit strengen, von den USA dominierten Exportkontrollen unterliegt.
Die Vielfalt der Experimentierstationen
Andere Stationen der ersten Reihe werden sich auf Nanogeräte konzentrieren. Die Einrichtung einer Forschungsstation für EUV-Lithografie macht deutlich, dass HALF nicht nur ein Instrument für die Grundlagenforschung ist, sondern auch eine Infrastruktur für Chinas Pläne zur Halbleiterunabhängigkeit darstellt. Der Bau von HALF begann im Jahr 2023, und die gesamte Anlage soll bis 2028 fertiggestellt sein. Sie umfasst einen Speicherring mit einem Umfang von 480 Metern, der für einen Strahlstrom von 350 mA ausgelegt ist. Nach der Inbetriebnahme wird HALF gemeinsam mit der Beijing High Energy Photon Source und der Shanghai Synchrotron Radiation Facility ein nationales Drei-Knoten-Lichtquellensystem bilden, das den Bereich der hoch-, mittel- und niederenergetischen Röntgenstrahlen abdeckt – eine verteilte wissenschaftliche Infrastruktur ohne westliches Gegenstück.
Der Meilenstein von HALF setzt eine Geschichte fort, die 1989 begann, als China – nach der Überwindung zahlreicher technischer Herausforderungen – seine erste dedizierte Lichtquelle baute, die ehemalige Hefei Light Source. Diese Infrastruktur der dritten Generation brachte anschließend eine Reihe von Ergebnissen hervor, etwa die Entdeckung des molekularen Mechanismus der Arsenbehandlung von Leukämie, die Aufklärung der dreidimensionalen Struktur des SARS-Virus sowie die bildgebende Darstellung eines Dinosaurierfossils, das in 99 Millionen Jahre altem Bernstein konserviert war. Der Nachfolger verfolgt nun erkennbar ehrgeizigere Ziele.
Parameter Spezifikation Elektronenstrahlenergie 2,2 Milliarden Elektronenvolt Länge des Linearbeschleunigers 192 Meter Umfang des Speicherrings 480 Meter Strahlstrom 350 mA
Auswirkungen von HALF auf die wissenschaftliche Forschung in China
Die erfolgreiche Erzeugung eines Elektronenstrahls durch die Hefei Advanced Light Facility markiert einen bedeutenden Fortschritt Chinas beim Aufbau hochmoderner wissenschaftlicher Instrumente. Dies steigert nicht nur die Helligkeit und Kohärenz der Röntgenstrahlen, sondern eröffnet auch zahlreiche Möglichkeiten für fortschrittliche experimentelle Techniken. Der Bau von HALF wird nicht nur die Grundlagenforschung voranbringen, sondern auch zum Kern von Chinas Plänen zur Halbleiterunabhängigkeit werden und die Position des Landes im globalen technologischen Wettbewerb stärken. Mit der schrittweisen Fertigstellung der Anlage wird erwartet, dass sie weitreichende Auswirkungen auf die Forschung in mehreren Bereichen haben und die weitere Entwicklung von Wissenschaft und Technologie in China vorantreiben wird.