Im weltweiten Vergleich zeichnet sich die Forschung mit Photonen bei DESY durch die Vielfalt der Lichtquellen aus. In anderen, ähnlichen Forschungseinrichtungen steht meist ein einziger Beschleuniger für die Lichterzeugung zur Verfügung, der speziell für bestimmte Strahlungseigenschaften ausgelegt ist. Bei DESY dagegen ergänzen sich die vorhandenen und geplanten Lichtquellen auf ideale Weise. So erhalten die Wissenschaftler bei DESY exakt die Strahlung, die sie für ihre Experimente brauchen.

Lichtquellen bei DESY

DORIS III

Am Speicherring DORIS bei DESY wird seit Jahrzehnten mit dem intensiven Licht aus dem Ring geforscht: Seit 1974 ist DORIS in Betrieb – zunächst parallel für die Teilchenphysik und die Forschung mit Synchrotronstrahlung. In den Jahren 1990 und 1991 wurde der Speicherring ausgebaut, um Platz für sieben zusätzliche Magnetstrukturen, so genannte Wiggler und Undulatoren, zu schaffen. Die umgebaute Maschine, DORIS III, wird seit 1993 ausschließlich als Quelle für Synchrotronstrahlung verwendet.

Die Bilanz dieser Zeit kann sich sehen lassen. Immer wieder gelang es den Wissenschaftlern und Ingenieuren an DORIS, neue Methoden und Instrumente zu entwickeln und mit bahnbrechenden Ergebnissen neue Forschungsfelder zu eröffnen. Was oftmals als laborinternes Testexperiment begann, entwickelte sich zur erfolgreichen Experimentiermethode, die sich schließlich weltweit in Forschung und Industrie als Standardverfahren etablierte.

FLASH

Seit 2005 steht bei DESY eine einmalige, neuartige Lichtquelle zur Verfügung: FLASH, der weltweit einzige Freie-Elektronen-Laser im Vakuum-Ultravioletten und im weichen Röntgenbereich. Die Anlage spielt in mehrfacher Hinsicht eine Vorreiterrolle. Als erster Freie-Elektronen-Laser im Röntgenbereich mit supraleitendem Linearbeschleuniger liefert sie unentbehrliche Erkenntnisse für die Entwicklung von Beschleunigern und Röntgenlasern der Zukunft. Zugleich bietet sie Forschern fast aller Naturwissenschaften bisher nie dagewesene Experimentiermöglichkeiten.

Bereits in der ersten Messperiode konnten die Wissenschaftler an FLASH spektakuläre neuartige Experimente durchführen. Entsprechend groß ist das Interesse an der Anlage. Als Nutzereinrichtung bietet FLASH fünf Messplätze, an denen im Wechsel verschiedene Instrumente aufgebaut werden können. Zudem liefert der Betrieb von FLASH wichtige Erkenntnisse für den zukünftigen Röntgenlaser European XFEL und ähnliche Lichtquellen weltweit.

PETRA III

Der 2,3 Kilometer lange Speicherring PETRA diente lange Zeit der Teilchenphysik; für die Forschung mit Photonen standen Testmessplätze für Experimente mit harter Röntgenstrahlung zur Verfügung. Die Zukunft von PETRA steht ganz im Zeichen der Lichterzeugung: Vom Sommer 2007 an wurde der Beschleuniger umgebaut, im Jahr 2009 nahm er unter dem Namen PETRA III als eine der weltweit brillantesten Speicherring-Röntgenstrahlungsquellen den Nutzerbetrieb auf.

Für die Umrüstung mussten knapp 300 Meter des Rings komplett umgebaut und eine neue Experimentierhalle errichtet werden. Im Endausbau hat PETRA III 14 Messplätze mit bis zu 30 Instrumenten. Auch hier garantiert der Einbau mehrerer maßgeschneiderter Undulatoren, die Röntgenstrahlung mit besonders hoher Brillanz liefern, den Nutzern aus aller Welt exzellente Forschungsmöglichkeiten.

European XFEL

Er ist ein Highlight im wahrsten Sinne des Wortes: der Freie-Elektronen-Röntgenlaser European XFEL, der derzeit als europäisches Projekt mit maßgeblicher Beteiligung von DESY in der Metropolregion Hamburg entsteht und 2014 anlaufen soll. Als einzige Lichtquelle dieser Art in Europa wird der European XFEL hochintensive, ultrakurze Laserlichtblitze im harten Röntgenbereich erzeugen, deren Wellenlängen nochmals deutlich kürzer sind als die von FLASH. Damit eröffnet der European XFEL völlig neue Forschungsmöglichkeiten für Naturwissenschaftler und industrielle Anwender aus aller Welt.

Die 3,4 Kilometer lange, im Bau befindliche Anlage reicht von DESY in Hamburg bis in die schleswig-holsteinische Stadt Schenefeld (Kreis Pinneberg), wo der Forschungscampus mit vorerst einer Experimentierhalle mit Platz für zehn Messstationen entsteht. Der European XFEL wurde im Februar 2003 im Grundsatz genehmigt. Im Juni 2007 gab das Bundesforschungsministerium grünes Licht für den Bau einer Startversion mit sechs Messplätzen, die von Deutschland und internationalen Partnern finanziert wird. Der Bau startet am 9. Januar 2009, der Beginn der Inbetriebnahme ist für 2014 geplant.