Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland 2009 - SNI-Portal

Synchrotronstrahlung –mit fast unerschöpflichem PotentialSynchrotronstrahlung ermöglicht Einblicke in die belebteund unbelebte Welt von nicht gekannter Präzision. Insbesondereder extrem große Spektralbereich vom Infraroten bishin zu energiereicher Röntgenstrahlung und die untersuchbarenZeitskalen machen Synchrotronstrahlung zu einem unerlässlichenWerkzeug für die moderne Wissenschaftslandschaft.Die Forschung mit Synchrotronstrahlung ergänzt dabeiandere Techniken an Großlaboren (wie z. B. die Neutronenstreuung)und konventionelle Labormethoden (wie z. B. die Laserspektroskopie).Die Strahlung moderner Quellen ermöglicht vielfältige,interdisziplinär angesiedelte Anwendungen, die von einerbreiten Nutzerschaft durchgeführt werden. Die Forschungsbereiche,die heutzutage von der Synchrotronstrahlung profitieren,erstrecken sich von der Physik über die Chemie,Materialforschung, Geo- und Umweltwissenschaften bis zuden Lebenswissenschaften Biologie und Medizin. Weltweitwird heute beispielsweise die weit überwiegende Anzahlvon Proteinstrukturen mit Hilfe von Synchrotronstrahlungentschlüsselt. Der in diesem Bereich gestiegene Bedarf nachExperimenten spiegelt sich in den weltweit neu aufgebautenSynchrotronstrahlungsquellen wider. Darüber hinaus istder Wunsch nach hochwertiger Strahlung vor allem hinsichtlichEnergie- und Ortsauflösung, Intensität, Brillanz,Polarisationsvariation und Zeitauflösung beständig gewachsen.Die stetig ansteigenden Nutzerzahlen unterstreichen dieNotwendigkeit und die Vorteile hochbrillanter Synchrotronstrahlung.Auf den Seiten 12 bis 37 dieser Broschüre wird anhand vonEinblicken in verschiedene Wissenschaftsdisziplinen die Bedeutungder Forschung mit Synchrotronstrahlung unterstrichenund deren mittelfristige Entwicklungen in den jeweiligenForschungsfeldern diskutiert. Beispiele aus Forschungsarbeiten,die in führenden Wissenschaftsjournalen veröffentlicht wurden,beschreiben Ergebnisse zu aktuellen Forschungsthemen.Allerdings kann hier nur ein kleiner Ausschnitt aus der spannendenForschung wiedergegeben werden.Moderne beschleunigerbasierte StrahlungsquellenWird die Bahn von Elektronen durch ein Magnetfeld gekrümmt,so senden die Teilchen elektromagnetische Strahlungaus. Je nach Energie der Elektronen und der Stärke des Magnetfeldeswird auf diese Weise Synchrotronstrahlung mit verschiedenenWellenlängen und Intensitäten erzeugt.In Teilchenbeschleunigern für die Teilchenphysik ist dieseSynchrotronstrahlung ein Ärgernis, denn die Elektronen verlierenbei dem Prozess Energie. Im Laufe der Zeit zeigte sichaber, dass Synchrotronstrahlung als Werkzeug genutzt werdenkann, das für die heutige Forschung unersetzlich ist.Dazu wurden Ringbeschleuniger gebaut, die mit speziellenMagnetstrukturen ausgestattet für die Erzeugung von hochbrillanterSynchrotronstrahlung optimiert wurden. Durchgeeignete Monochromatoren und Strahlführungssystemekann Licht einer gewünschten Wellenlänge extrahiert und fürzahlreiche Experimente genutzt werden. An einem Ringbeschleunigerkönnen auf diese Weise mehr als 50 Experimentegleichzeitig ablaufen.Mit dediziert für die Erzeugung von Röntgenlicht aufgebautenSynchrotronstrahlungsquellen der sogenannten zweitenGeneration (z. B. DORIS III in Hamburg, BESSY I in Berlin)konnten ab Mitte der 1970er Jahre zahlreiche Experimente zurUntersuchung der kondensierten Materie mit intensiverStrahlung unterschiedlicher Wellenlänge und variabler Polarisationdurchgeführt werden.Mit dem Aufbau von Strahlungsquellen der dritten Generation(z. B. ESRF, BESSY II, PETRA III), die sich durch stärkergebündelte Teilchenstrahlen und den Einbau von Undulatorenauszeichnen, ergab sich eine drastische Steigerung der Leuchtstärke(Brillanz). Diese Steigerung resultiert daraus, dass die geladenenTeilchen eine periodische Magnetstruktur durchlaufenund die dabei emittierte Strahlung sich kohärent überlagernkann. Die höhere Brillanz hat neue Forschungsfelder stimuliertund neue Experimente ermöglicht. So basieren unter anderemder Erfolg der mikroskopisch abbildenden Experimente oderauch die höchstauflösende Spektroskopie auf der hohen Brillanzdieser Quellen.10 Synchrotronstrahlung 2009