GROSSGERÄTE FÜR DIE WISSENSCHAFT

Großgeräte ermöglichen Spitzenforschung und Innovationen. DESYs Beschleuniger­anlagen sind international gefragte Supermikroskope für ein breites Anwendungsspektrum. Beschleuniger bringen kleine geladene Teilchen auf hohe Energien und bis fast auf Lichtgeschwindigkeit. Teilchenphysiker lassen diese frontal­ aufeinanderprallen und enträtseln dadurch, aus welchen Urbausteinen Materie besteht. Materialforscher, Biologen oder Chemiker hingegen profitieren von dem extrem starken und gebündelten Röntgenlicht, das die schnellen Teilchen aussenden können. Auf beiden Gebieten genießen die DESY-Beschleuniger Weltruf.

Heute prägen drei Großbeschleuniger den DESY-Campus: PETRA III ist der weltbeste Speicherring für die Erzeugung von Röntgenstrahlung. FLASH liefert ultrakurze Blitze aus „weichem“ Röntgenlicht und ermöglicht einzigartige Experimente. Und der European XFEL erzeugt die intensivsten Röntgenblitze aller Zeiten. Ein Trio, das DESY zum international führenden Zentrum für Röntgenexperimente macht.

 

Brillantring PETRA III

Der hellste Speicherring der Welt eröffnet neue Perspektiven für die Nanoforschung

Als er 1978 eingeweiht wurde, war PETRA der größte Beschleuniger der Welt. Zunächst fungierte er als „Kollisionsmaschine“ für die Teilchenphysik, später als Vorbeschleuniger für den noch größeren HERA-Ring. Danach wurde er zur brillantesten Lichtquelle seiner Art umgebaut: Seit 2010 liefert PETRA III Röntgenstrahlung, die stärker und besser gebündelt ist als bei allen anderen Speicherringen auf der Welt. 

Das Besondere an PETRA III: Die Röntgenstrahlen sind biszu 5000-mal feiner als ein menschliches Haar. Damit lassen sich extrem kleine Proben untersuchen – winzige Kristalle aus Eiweißen ebenso wie Nanomaterialien für die Festplatten der Zukunft. Außerdem kann PETRA III sehr „harte“, alsokurzwellige Röntgenstrahlung erzeugen. Diese hat den Vorteil, tiefer in Materie einzudringen als anderes Röntgenlicht – wichtig etwa für die Analyse von neuen Metalllegierungen,wie sie für die Autos und Flugzeuge der Zukunft interessant sind.

Das Interesse von Forschern aus aller Welt ist immens. Nicht zuletzt deshalb wird der Ring weiter ausgebaut: 2014 sollen zwei neue Experimentierhallen mit weiteren Messständen dazukommen.

 

Rekordblitzen mit FLASH

Der Vorreiter einer neuen Lasergeneration steht in Hamburg

Ein Laser, der hochintensive, ultrakurze Röntgenblitze produziert – davon konnten die Wissenschaftler jahrzehntelang nur träumen. Bei DESY ist die Vision Realität geworden: Seit 2005 liefert FLASH hochintensive Laserpulse aus „weichem“, also relativ langwelligem Röntgenlicht für die Forschung. Die Blitze von FLASH haben besondere Eigenschaften: Sie sind tausendmal stärker als die Pulse vergleichbarer konventioneller Laser. Außerdem sind sie deutlich kürzer als die Röntgenpulse aus einem Speicherring. Das erlaubt den Forschern, extrem schnelle Prozesse detailliert zu verfolgen: Wie genau läuft eine chemische Reaktion ab? Was passiert im Einzelnen, wenn ein Metall schmilzt? 

Das Interesse der internationalen Forschergemeinde an FLASH ist enorm, daher wird die Anlage nun ausgebaut: Vom Beschleunigertunnel wird ein zweiter Tunnel zur Lichterzeugung abgezweigt. Die Röntgenlichtblitze landen in einer neuen Experimentierhalle mit mehreren Messständen, die viel Raum für zusätzliche Experimente bieten.
 

 

Röntgenlaser der Superlative

Der European XFEL ist eine einzigartige Forschungsmaschine

Sie sind milliardenfach heller als das Licht aus einem Speicherring und deutlich kürzer als eine billionstel Sekunde – jene Röntgenblitze, die eine spektakuläre Laseranlage erzeugt: Der European XFEL ist ein 3,4 Kilometer langer Gigant, eingebaut in unterirdische Tunnelröhren. Er beginnt auf dem DESY-Gelände in Hamburg-Bahrenfeld, verläuft in Richtung Nordwest und endet hinter der Landesgrenze zu Schleswig-Holstein in einer riesigen Experimentierhalle.

Elf Länder sind an dem Gemeinschaftsprojekt beteiligt. DESY ist Hauptgesellschafter und arbeitet mit der European XFEL GmbH beim Betrieb der Anlage eng zusammen. DESY baute zusammen mit internationalen Partnern unter anderem das Herz der Röntgenlaseranlage – den 1,7 Kilometer langen supraleitenden Beschleuniger mit der Elektronenquelle, den DESY auch betreibt. Von den Forschungsmöglichkeiten profitieren die unterschiedlichsten Wissenschaftler – Halbleiterphysiker ebenso wie Molekularbiologen, Mediziner, Chemiker, Astrophysiker oder Geologen.