DESY betreibt eine der hellsten Speicherring-Röntgenstrahlungsquellen der Welt: PETRA III bietet den Wissenschaftlern exzellente Experimentiermöglichkeiten mit Röntgenstrahlung besonders hoher Brillanz. Davon profitieren vor allem Forscher, die sehr kleine Proben untersuchen wollen oder stark gebündeltes, sehr kurzwelliges Röntgenlicht für ihre Analysen benötigen – von der Medizinforschung bis zur Nanotechnologie.

Als er 1978 eingeweiht wurde, war der 2,3 Kilometer lange Speicherring PETRA der größte Beschleuniger der Welt. Zunächst lieferte er Elektron-Positron-Kollisionen für die Teilchenphysik. Schon ein Jahr nach der Inbetriebnahme gelang den Forschern an PETRA eine bahnbrechende Entdeckung: Sie konnten erstmals das Gluon direkt beobachten – das Trägerteilchen der starken Kraft, welche die Grundbausteine aller Materie, die Quarks, aneinander bindet und zu den vier fundamentalen Naturkräften gehört.

Brillante Röntgenquelle

Nach Ende der Teilchenphysikkarriere von PETRA und einem Intermezzo als Vorbeschleuniger für den noch größeren HERA-Ring wurde der Speicherring zur brillantesten Lichtquelle seiner Art umgebaut. Seit 2010 liefert PETRA III Röntgenstrahlung, die stärker und gebündelter ist als bei allen anderen Speicherringen auf der Welt. An 14 Strahlführungen mit 30 Messstationen bietet die Anlage damit optimale Forschungsmöglichkeiten. Dazu trägt auch die außergewöhnliche Experimentierhalle bei: Der Fußboden der knapp 300 Meter langen Halle besteht aus der längsten Betonplatte, die je in einem Stück geschüttet wurde. Die Platte schirmt die Messstationen vor störenden Vibrationen ab und ermöglicht extrem präzise Versuche.

Das Interesse von Forschern aus aller Welt an PETRA III ist groß. Der Speicherring ist regelmäßig komplett überbucht, nur ein Bruchteil der Experimentierwünsche kann bedient werden. Deshalb baut DESY den Ring mit zwei neuen Experimentierhallen mit zusätzlichen Messplätzen weiter aus.

Exzellente Aussichten für die Forschung

Die brillanten Röntgenstrahlen von PETRA III sind bis zu 5000-mal feiner als ein menschliches Haar. Damit lassen sich extrem kleine Proben untersuchen – winzige Kristalle aus Eiweißen ebenso wie Nanokristalle für die Festplatten der Zukunft.

Molekularbiologen beispielsweise können mit dem Röntgenlicht von PETRA III die räumliche atomare Struktur von winzigen Proteinkristallen aufklären. Eine wichtige Anwendung ist die Entwicklung von neuen Medikamenten, die gezielt und punktgenau dort ansetzen, wo ein Krankheitserreger angreift. Mit diesem Ziel hat das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie EMBL an PETRA III eine integrierte Forschungsanlage für Strukturbiologie errichtet, deren drei hochmoderne Messstationen die Erforschung von Molekülen, die über Krankheit oder Gesundheit des Menschen entscheiden, deutlich beschleunigen.

PETRA III kann außerdem sehr „harte“, also kurzwellige Röntgenstrahlung erzeugen. Diese hat den Vorteil, tiefer in Materie einzudringen als anderes Röntgenlicht. Damit bietet PETRA III auch für die Materialforschung vielseitige Möglichkeiten, beispielsweise um Schweißnähte zu prüfen, Ermüdungserscheinungen von Werkstücken zu untersuchen oder neuen Metalllegierungen für die Autos und Flugzeuge der Zukunft zu analysieren. Diese Vorteile macht sich das Helmholtz-Zentrum Geesthacht HZG zunutze, das an PETRA III zwei Messstationen für die Materialforschung betreibt.

Zahlen und Fakten
  • Ringbeschleuniger für Elektronen und Positronen, später auch für Protonen
  • Länge: 2304 Meter
  • Inbetriebnahme: 1978
  • 1978-1986: Teilchenphysik
  • 1987-2007: Vorbeschleuniger für HERA und Quelle für Röntgenstrahlung
  • Seit 2010: weltweit brillanteste Speicherring-Röntgenstrahlungsquelle
  • 14 Strahlführungen mit bis zu 30 Messplätzen