PETRA III: Die brillanteste Röntgenlichtquelle der Welt

Seit 2010 liefert PETRA III am Forschungszentrum DESY in Hamburg extrem intensive und gebündelte Röntgenstrahlen, mit denen sich Strukturen und Vorgänge in Materialien aufklären lassen – bis hinunter zu einzelnen Atomen.

Innenansicht der 280 Meter langen Experimentierhalle „Max von Laue“ am Speicherring PETRA III. Hier befinden sich 14 Messplätze mit bis zu 30 Instrumenten.
Innenansicht der 280 Meter langen Experimentierhalle „Max von Laue“ am Speicherring PETRA III. Hier befinden sich 14 Messplätze mit bis zu 30 Instrumenten. © Britta von Heintze/Welt der Physik

Die Struktur und die Funktion von Materialien und biologischen Molekülen lässt sich mit Hilfe von Röntgenlicht besonderer Präzision aufklären. Solches Röntgenlicht wird mit Synchrotronstrahlungsquellen erzeugt. Dies sind Teilchenbeschleuniger, riesige ringförmige Röhren, in denen geladene Teilchen (meist Elektronen) auf nahezu Lichtgeschwindigkeit gebracht werden.

Die Elektronen werden durch Magnetfelder auf gekrümmte Bahnen gebracht. Dabei entsteht ganz besonderes Licht, die sogenannte Synchrotronstrahlung. Sie besitzt einzigartige Eigenschaften, mit denen sich verschieden große Strukturen in Materialproben untersuchen lassen. Je kleiner dabei die Wellenlänge des Lichts ist, desto feinere Strukturen können aufgelöst werden, bis hinunter zu einzelnen Atomen.

Seit 2010 liefert die Synchrotronstrahlungsquelle PETRA III am Forschungszentrum DESY in Hamburg besonders brillante – das heißt intensive und scharf gebündelte – Röntgenstrahlen. Die Wellenlänge des Röntgenlichts ist dabei etwa so groß wie die Atome in den Untersuchungsobjekten. Von der hohen Qualität des Lichtstrahls profitieren vor allem Forschende, die besonders kleine Proben untersuchen oder sehr tief in das Material vordringen wollen.

Etwa 2000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler führen jährlich Experimente an einem der Messplätze von PETRA III durch; etwa zwei Drittel der Nutzer kommen dabei aus Deutschland. Sie stammen größtenteils aus Universitäten – aber auch aus außeruniversitären Forschungseinrichtungen und der Industrie. Grundsätzlich darf jedes Institut und jedes Unternehmen an PETRA III forschen, solange das Vorhaben ausschließlich zivilen Zwecken dient.

Der laufende Betrieb von PETRA III wird aus dem Haushalt des Forschungszentrums DESY finanziert, der zu 90% von Bund getragen wird. Die Verbundforschung des Bundesforschungsministeriums ermöglicht es Forschergruppen aus deutschen Universitäten, die Instrumente und Aufbauten an den Experimentierstationen weiterzuentwickeln und die Möglichkeiten von PETRA III optimal auszuschöpfen. Die Fördersumme durch das Ministerium lag im Zeitraum 2010 bis 2014 bei rund 48 Millionen Euro.