DESY-Beschleuniger "PETRA" als neue Lichtquelle der Superlative

Brillanz wird seine Stärke: Der Beschleuniger PETRA beim Helmholtz-Forschungszentrum DESY soll ab 2007 zur weltweit brillantesten Speicherring-Röntgenstrahlungsquelle ausgebaut werden.

Bereits jetzt erarbeiten die künftigen Nutzer der Lichtquelle die Experimente an den geplanten 13 bis 15 Messplätze. Dazu findet vom 26. bis 28. Mai 2003 ein Workshop in Hamburg statt, an dem die verschiedensten Anwender von Materialforschern bis zu Molekularbiologen mitarbeiten.

„PETRA als neue Lichtquelle der Superlative bietet exzellente Bedingungen für Spitzenforschung mit besonders intensivem und scharf gebündelten Röntgenlicht“, so Professor Jochen R. Schneider, Forschungsdirektor und Leiter des Hamburger Synchrotronstrahlungslabors HASYLAB bei DESY, „mit seinen Eigenschaften ergänzt der PETRA-Beschleuniger in idealer Weise die Forschungsperspektiven, die der Röntgenlaser bietet, der als europäisches Projekt für 2011 bei DESY in Planung ist.“

Zurzeit fungiert der PETRA-Speicherring insbesondere als Vorbeschleuniger für das „Supermikroskop“ HERA, DESYs größten Teilchenbeschleuniger. Außerdem stehen drei Testmessplätze für Experimente mit intensiver Röntgenstrahlung zur Verfügung. Um PETRA zu einer leistungsstarken Lichtquelle umzurüsten, müssen knapp 300 Meter des 2,3 Kilometer langen Speicherrings komplett umgebaut und eine neue Experimentierhalle errichtet werden. Geplant sind 13-15 Messplätze, die mit so genannten Undulatoren bestückt sind, lange Magnetanordnungen, die Röntgenstrahlung mit besonders hoher Brillanz liefern. Das bedeutet vereinfacht: Sehr viele Lichtteilchen (Photonen) sind auf kleinster Fläche gebündelt und bilden einen extrem intensiven Lichtstrahl. Dazu Dr. Edgar Weckert, wissenschaftlicher Leiter des Ausbauprogramms am PETRA-Beschleuniger: „PETRA wird den gleichen Photonenfluss auf der Fläche von einem einzigen Quadratmillimeter erzeugen wie der derzeit bei DESY als Lichtquelle genutzte Ringbeschleuniger DORIS auf einigen Quadratzentimetern!“ Der entscheidende Vorteil eines so haarfeinen, höchst brillanten Röntgenlichtstrahls: Auch winzig kleine Materialproben lassen sich untersuchen und gestochen scharfe Bilder von der Anordnung ihrer Atome erhalten. Molekularbiologen beispielsweise können damit die räumliche atomare Struktur von winzigen Proteinkristallen aufklären. Der Bedarf hierfür ist groß: Neben den menschlichen Genen stehen die Proteine, die nach dem genetischen Bauplan zusammengesetzt werden, ganz oben auf der Wunschliste der Forscher. Anwendungen sind beispielsweise bei der Entwicklung von neuen Medikamenten zu erwarten, die gezielt und punktgenau dort ansetzen, wo ein Krankheitserreger angreift.

Auch für das weite Feld der Materialforschung bietet die neue brillante Röntgenquelle vielseitige Möglichkeiten. Für einige Anwendungen brauchen die Materialforscher besonders energiereiche Photonen mit starkem Durchdringungsvermögen, beispielsweise um Schweißnähte zu prüfen oder Ermüdungserscheinungen von Werkstücken zu untersuchen. Der PETRA-Speicherring wird besonders energiereiche Strahlung bis über 100 Kiloelektronenvolt mit hoher Leuchtstärke erzeugen – ein entscheidendes Plus für viele Experimente.

Bald wird die Röntgenquelle PETRA Unterstützung bekommen: Derzeit werden neue Freie-Elektronen-Laser für den Bereich der Röntgenstrahlung entwickelt. Die Anlagen ergänzen einander sehr gut. Röntgenlaser eröffnen völlig neue Möglichkeiten und erschließen viele neue Forschungsfelder. Zeitauflösung, Brillanz und Kohärenz ihrer Strahlung setzen neue Maßstäbe. Sie sind jedoch nicht dazu geeignet, die „Grundversorgung“ mit intensiver Röntgenstrahlung sicher zu stellen. Eine weltweit steigende Zahl von Nutzern aus allen Bereichen der Naturwissenschaften braucht für ihre Experimente auch künftig „herkömmliche“ Quellen. Und die müssen leistungsstark und international konkurrenzfähig sein – so wie der neue PETRA-Speicherring bei DESY.