INNOVATIONEN FÜR DIE GESELLSCHAFT

Unsere Wirtschaft ist auf Innovationen angewiesen. Ohne Erfindungen und zündende Ideen sind neue, kommerziell erfolgreiche Produkte in unserem technologieorientierten Land nicht denkbar. DESY trägt zu diesem Innovationsprozess gleich in mehrfacher Hinsicht bei: Zum einen bilden die Erkenntnisse der Grundlagenforschung eine breite, fruchtbare Basis für künftige Innovationen. Zum anderen haben manche Experimente einen direkten Anwendungsbezug – etwa wenn Industrieunternehmen Messzeit an den DESY-Röntgenquellen buchen, um ihre Produkte weiterzuentwickeln. Hinzu kommen die Spin-offs, die aus einigen Forschungsprojekten erwachsen. So taugen die Beschleuniger- und Detektortechnologien, die bei DESY entwickelt werden, auch für neuartige medizinische Geräte. Sie versprechen detailliertere Diagnosen und schonendere Therapien zum Beispiel für die Krebsbehandlung.

Von zentraler Bedeutung ist die Kooperation mit den Firmen, mit denen DESY seine Beschleuniger und Detektoren entwickelt. Beispielsweise bei der Fertigung der supraleitenden TESLA-Beschleunigermodule: DESY schafft Know-how bei den beteiligten Hightech-Unternehmen. Die Firmen profitieren von der Kooperation, etwa indem sie neue Produktionsverfahren erschließen. Denn die Komponenten und Verfahren, die sie für DESY entwickeln, erfordern absolute Spitzentechnologie – und oftmals neue technische Lösungen. Diese sind später für die Herstellung anderer Produkte nützlich, etwa in der Medizinbranche, der Radar- und Satellitentechnik und im chemischen Anlagenbau. Dadurch erlangen die DESY-Industriepartner nicht selten einen Technologievorsprung gegenüber der Konkurrenz.

Mini-Detektor für die Medizin

DESY-Technologie für die Arztpraxis

Eigentlich entwickelt die Physikerin Erika Garutti hochempfindliche Spezialsensoren für künftige Teilchendetektoren, die in der Grundlagenforschung eingesetzt werden. Doch die Technik lässt sich auch für ein medizinisches Diagnoseverfahren nutzen, den „PET-Scanner“. Aus der Idee wurde ein erfolgreiches europäisches Forschungsprojekt, an dem neben DESY und CERN auch drei Kliniken beteiligt sind. PET-Scanner dienen unter anderem zur Früherkennung von Tumoren.

 

„Mit unseren neuen Sensoren könnte man künftig deutlich schärfere PET-Bilder aufnehmen“, erläutert Garutti. „Und man könnte die Strahlenbelastung für die Patienten spürbar verringern.“ Dass die Sensoren grundsätzlich funktionieren, haben die Wissenschaftler bereits mit einem Prototypen bewiesen. Jetzt arbeiten sie an einem Miniatur-Detektor, der an die Spitze einer Magensonde eingesetzt werden soll, um gefährliche Tumoren der Bauchspeicheldrüse möglichst früh zu erkennen. Erste klinische Tests sind für 2014 geplant.
 

 

Starker Partner in der Materialfoschung

Das Helmholtz-Zentrum Geesthacht durchleuchtet Werkstoffe bei DESY

Der hochfeste Aluminiumrumpf eines Passagierjets, korrosionsbeständige Stähle für Schiffspropeller, hitzebeständige Turbinenschaufeln – all diesen Hightech-Werkstoffen ist eines gemeinsam: Um sie für ihren Einsatz maßschneidern zu können, müssen Materialforscher möglichst viel über ihr „Innenleben“ wissen: Wie sind die Atome in den Materialien angeordnet, enthalten die Werkstoffe schädliche Risse, Poren oder Fremdkörper? Antworten liefert PETRA III, eine der hellsten Röntgenquellen der Welt. Dafür betreibt das Helmholtz-Zentrum Geesthacht mit seiner Forschungsplattform GEMS (German Engineering Materials Science Center) eine Außenstelle bei DESY. 

Die Außenstelle ist auf die ingenieurwissenschaftliche Materialforschung ausgerichtet und besteht aus mehreren Messplätzen in der PETRA Experimentierhalle. Hier werden Werkstoffe entwickelt und optimiert, die über kurz oder lang in Industrie, Verkehr und Alltag zum Einsatz kommen werden: neue Materialien für leichtere Autos, effektivere Fertigungsverfahren für den Flugzeugbau und bessere Wasserstofftanks für klimafreundliche Antriebe.

 

Brennstoffzellen im Röntgenblick

Experten optimieren klimafreundliche Zukunftstechnik

Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff oder Methanol effizient und klimafreundlich in Strom um und könnten eines Tages zum Beispiel Elektroautos zu größeren Reichweiten verhelfen. Materialforscher der TU Darmstadt untersuchen Brennstoffzellen mit den intensiven Röntgenstrahlen aus dem Beschleuniger. Ihre Ergebnisse liefern den Herstellern Hinweise, um bessere und effektivere Zellen zu entwickeln.

Die Wissenschaftler bringen komplette, funktionierende Brennstoffzellen zu DESY, um sie detailliert mit Röntgenstrahlung unter die Lupe zu nehmen. Untersucht wird unter anderem der Alterungsprozess des Platinkatalysators, der dafür sorgt, dass Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle in Atome gespalten werden. Diese Atome reagieren anschließend zu Wasser, wobei Energie in Form von Strom frei wird. Mit den gebündelten Röntgenstrahlen können die Forscher beobachten, was auf der Oberfläche der Platinteilchen passiert. Außerdem können die Experten feststellen, an welchen Stellen eine Brennstoffzelle besonders schnell altert – wichtiges Grundlagenwissen für die Industrie, um haltbarere Systeme entwickeln zu können.

 

Schlaues Speichern

DESY-Wissenschaftler entwickeln ausgefeilte Datenmanagement-Software

Der LHC produziert enorme Datenmengen. Allein mit den Messdaten eines Jahres ließen sich mehr als eine Million DVDs füllen. Um diese Datenflut zu bewältigen, nutzen Informatiker ein neues Computerkonzept – das Grid, eine Spielart des „verteilten Rechnens“. Dabei agieren Dutzende Rechenzentren rund um den Globus gemeinsam. DESY-Wissenschaftler helfen, das Grid stetig weiterzuentwickeln. Ihre Spezialität ist die Organisation der Datenspeicherung. Eine große Herausforderung, denn die Grid-Speicher müssen ungeheure Datenmengen nicht nur sicher aufnehmen, sondern auch von jedem Ort der Welt aus zugänglich machen. „dCache“, so heißt die hauptsächlich von DESY entwickelte Software, ist eine ausgefeilte Technologie zum Managen großer Datenmengen. Mittlerweile ist etwa die Hälfte aller LHC-Daten auf einem der 60 dCache-Systeme rund um den Globus gespeichert.

DESY entwickelt die Software gemeinsam mit internationalen Partnern, insbesondere dem US-Forschungszentrum Fermilab und der Nordic Data Grid Facility NDGF. dCache wird inzwischen auch außerhalb der Teilchenphysik genutzt, etwa vom europäischen Radioteleskop LOFAR. Auch Wirtschaftsunternehmen zeigen bereits lebhaftes Interesse.

 

„Eine starke Wirtschaft in der Metropolregion braucht auch starke Forschungsinstitutionen wie DESY. Gemeinsam müssen wir unser Wissen bündeln und Wirtschaft und Forschung­ weiter zusammenführen.“

Dr. Georg Mecke, Standortleiter Airbus Hamburg

„Hochkarätige Großgeräte und ein inspirierendes Forschungsumfeld sind die beste Basis, um neue Ideen für Schlüsseltechnologien zu entwickeln und sie erfolgreich in Produkte und Verfahren umzusetzen.“

Prof. Helmut Dosch, Vorsitzender des DESY-Direktoriums

„Die Teilchenphysik vereint fundamentale Theorien, neue Ideen und innovative Technologien. Als Spin-offs finden unsere Forschungsergebnisse vielfältige Anwendung im täglichen Leben.“

Prof. Erika Garutti, Universität Hamburg

„Auf dem DESY-Campus treffen sich Wissen­schaftler verschiedenster Fachrichtungen – ein idealer Nähr­boden für innovative Ideen, die weit über die Fach­disziplinen hinausreichen.“

Prof. Robin Santra, Leiter der Theorieabteilung des Center for Free-Electron Laser Science CFEL