Startschuss für den Tunnelbau des European XFEL

02.07.2010: Mit der traditionellen Tunnel- und Bohrertaufe fiel der Startschuss für den Bau des Tunnelsystems für den europäischen Röntgenlaser European XFEL. Über 500 Gäste nahmen an der festlichen Zeremonie auf der Baustelle in Schenefeld (Kreis Pinneberg, Schleswig-Holstein), dem zukünftigen Forschungscampus der Röntgenlaseranlage, teil. Am 01.07. startet die erste der beiden Tunnelbohrmaschinen - TULA (für „Tunnel für LAser“), 6,17 Meter im Durchmesser, 71 Meter lang, 550 Tonnen schwer und 18 Millionen Euro teuer - in Richtung DESY-Bahrenfeld (Hamburg), wo sie im Sommer 2011 ankommen wird.

Die neue Röntgenlaser-Forschungsanlage liegt in den beiden Bundesländern Hamburg und Schleswig-Holstein und ist 3,4 Kilometer lang. Ihr Tunnelsystem besteht aus einer 2,1 Kilometer langen Röhre für den Elektronenbeschleuniger und einem „Fächer“ von fünf Röhren, die in der unterirdischen Experimentierhalle enden und in denen die Röntgenblitze für die Forschung erzeugt werden. Insgesamt werden in den kommenden zwei Jahren 5.777 Meter Tunnelröhre gebohrt. Zwei Schildvortriebsmaschinen sind dafür im Einsatz, von denen die größere jetzt startet und unter Hamburger Stadtgebiet arbeiten wird.

Die beiden Bundesländer Hamburg und Schleswig-Holstein beteiligen sich an dem deutschen Anteil der Kosten für die Röntgenlaseranlage mit zusammen 90 Millionen Euro. Hamburgs Wissenschaftssenatorin Dr. Herlind Gundelach hält dies für eine gute Investition: „Der European XFEL ist eins der größten Bauvorhaben für die Wissenschaft und ein in seiner Art weltweit einzigartiges Forschungsgerät, von dem wir uns viele Impulse für den Forschungsstandort versprechen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt bereiten sich schon intensiv auf die Nutzung des Röntgenlasers vor und erwarten viele neue Erkenntnisse in ihren Disziplinen.“

Die Tunnelanlagen für den European XFEL liegen so tief, dass sie im Grundwasser verlaufen. Sie werden direkt unterirdisch mit großen Schildvortriebsmaschinen gebohrt. Diese Bauweise ist ein weltweit eingesetztes und bestens erprobtes Verfahren, das zum Beispiel für den Bau von Straßen- oder Bahntunneln verwendet wird. Die Tunnel für den European XFEL haben unterschiedliche Durchmesser: Während für den Beschleuniger ein Innendurchmesser von 5,30 Metern benötigt wird, beträgt der Innendurchmesser der meisten Tunnel des Fächerbauwerks 4,60 Meter. Deshalb kommen beim Bau zwei unterschiedlich große Tunnelbohrmaschinen zum Einsatz, die die verschiedenen Röhren abschnittsweise herstellen. Der Tunnelbau erfolgt von Juli 2010 bis Sommer 2012. Das Tunnelfest markierte den Start der größeren Tunnelbohrmaschine. Die kleinere wird Ende dieses Jahres mit der Arbeit beginnen.

Mit dem europäischen Röntgenlaser European XFEL (X steht für Röntgen, FEL für Freie-Elektronen-Laser) entsteht in Hamburg und Schleswig-Holstein eine einzigartige Forschungsanlage, die ab 2015 Naturwissenschaftlern und industriellen Anwendern aus aller Welt völlig neue Forschungsmöglichkeiten eröffnen wird. Der Großteil der 3,4 Kilometer langen Anlage befindet sich in bis zu 38 Meter tiefen Tunneln unter der Erde - insgesamt sind es 5,8 Kilometer Tunnelröhren, zu denen drei Betriebsgelände Zugang gewähren. Schnurgerade zwischen den Betriebsgeländen DESY-Bahrenfeld und Osdorfer Born verläuft der Haupttunnel für den supraleitenden Teilchenbeschleuniger. Dieser bringt Elektronen - jene Teilchen, die in elektrischen Leitungen für Stromfluss sorgen - auf die erforderliche Energie. Anschließend werden sie auf einen Tunnelfächer unter dem Forschungsgelände Schenefeld verteilt und erzeugen dort in speziellen Magnetanordnungen intensive Röntgenblitze. Diese werden dann in die Experimentierhalle geleitet, in der internationale Wissenschaftlerteams mit dem brillanten Röntgenlicht forschen.

Als weltweit einzige Forschungsanlage dieser Art wird der European XFEL hochintensive ultrakurze Röntgenblitze mit den Eigenschaften von Laserlicht erzeugen, und zwar 27.000 Mal in der Sekunde. Den Naturwissenschaften bietet diese Lichtquelle der Superlative ungeahnte Forschungsperspektiven. Von den Ergebnissen profitieren die verschiedensten Disziplinen und auch industrielle Anwender - beispielsweise wenn es darum geht, neue Werkstoffe und Materialien im Nanobereich oder wirkungsvollere Medikamente zu entwickeln.

Als internationales Projekt wird der European XFEL von einer eigenständigen Forschungsorganisation betrieben, der gemeinnützigen European XFEL GmbH, die im Herbst 2009 gegründet wurde und bereits knapp 60 Mitarbeiter beschäftigt. An dem Projekt beteiligen sich zurzeit 12 Länder (Dänemark, Deutschland, Frankreich, Griechenland, Italien, Polen, Russland, Schweden, Schweiz, Slowakei, Spanien und Ungarn). China plant seine Teilnahme. Gesellschafter der European XFEL GmbH sind derzeit Dänemark, Deutschland, Russland, Schweden, Schweiz, Slowakei und Ungarn; China, Frankreich, Griechenland, Italien, Polen und Spanien planen den Beitritt. Die Baukosten für die Anlage einschließlich der Inbetriebnahme belaufen sich auf 1082 Millionen Euro (Preisniveau 2005). Als Sitzland trägt Deutschland (Bund, Hamburg und Schleswig-Holstein) 54 Prozent der Baukosten; Russland übernimmt 23 Prozent und die anderen internationalen Partner zwischen einem und 3,5 Prozent.

Vertreter Deutschlands und Hauptgesellschafter mit einem Anteil von über 50 Prozent ist das Forschungszentrum DESY, bei dem die Idee für die Röntgenlaseranlage geboren und auf den Weg gebracht wurde. DESY ist Bauherr der Tiefbauarbeiten, die im Januar 2009 begonnen haben. Auch in Zukunft arbeiten die European XFEL GmbH und DESY bei Bau, Inbetriebnahme und Betrieb der Röntgenlaseranlage eng zusammen. So baut DESY zusammen mit internationalen Partnern das Herz der Anlage - den 1,7 Kilometer langen supraleitenden Beschleuniger mit der Elektronenquelle - und wird diesen später auch im Auftrag der European XFEL GmbH betreiben.