Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland 2009 - SNI-Portal

INDUSTRIELLE ANWENDUNGENMit brillanten Einsichten zum industriellen ErfolgForschung mit Synchrotronstrahlung stellt ein wichtigesInstrument für eine Vielzahl von anwendungsorientiertenUntersuchungen dar.Die einzigartigen Eigenschaften von Synchrotronstrahlungwerden für zahlreiche Anwendungsbereiche genutzt, die zumTeil eine große gesellschaftliche Herausforderung darstellen.Das Spektrum der untersuchten Systeme reicht von winzigenNanostrukturen für die Chipherstellung bis hin zu Bauteilen fürdie Flugzeugindustrie. Praktisch alle wesentlichen Methoden,die an Synchrotronstrahlungsquellen verfügbar sind, kommendabei zum Einsatz.Beispiele industrieller Anwendung sind:• Wasserstofftechnologie: Die Notwendigkeit, den Ausstoßdes Treibhausgases Kohlendioxid bei der Energieerzeugung zuverringern, erfordert neue Materialien mit maßgeschneidertenEigenschaften sowie darauf abgestimmte neue Herstellungstechnologien.Eine große Herausforderung stellt beispielsweisedie Entwicklung neuer Materialien für die Speicherung vonWasserstoff mit hoher Dichte bei geringen Kosten und geringemGewicht dar. Eine weitere wichtige Aufgabe besteht in derOptimierung der Technologie von Brennstoffzellen. AnomaleBeugung und Spektroskopie mit Synchrotronstrahlung in einemweiten Energiebereich, z. T. in-situ, d. h. während des Betriebs,liefert entscheidende Informationen für die Entwicklung dieserZukunftstechnologien.• Leichtbauweise: Steigende Energiepreise und wachsendesUmweltbewusstsein stellen ständig neue Anforderungen anMaterialien, Bauteile und ihre Herstellungsprozesse. NachhaltigeMobilität erfordert zur Energieeinsparung neue Leichtbaukonzepte,die auf umweltfreundlichen lasttragendenMaterialien und besseren Fügetechnologien für den Bau vonFahrzeugen und Flugzeugen inklusive ihrer Antriebseinheitenberuhen. Zur Charakterisierung und Optimierung von Bauteilenund Schweißnähten liefern Messungen von inneren Spannungenund Texturen sowie Poren und Rissen mit Diffraktionund hochauflösender Tomographie mit Synchrotronstrahlungoft wesentliche Beiträge (siehe Forschungsbeispiel auf der rechtenSeite).• Medikamente und Implantate: Das Verständnis von Struktur,Dynamik, Selbstorganisation und Wechselwirkung von Biomaterieauf verschiedenen Längenskalen von Makromolekülenüber Membranen bis zu ganzen Zellen auf molekularer und atomarerEbene ist die Basis für ein besseres Verständnis von physiologischenProzessen, für die Heilung von Krankheiten sowiebessere und spezifischere Medikamente. Neue bioverträglicheMaterialen ermöglichen haltbarere Implantate, die in eineralternden Gesellschaft von großer Bedeutung sind. Proteinkristallographie,Röntgenmikroskopie- und Computertomographie,sowie Photonenkorrelationsspektroskopie mit Synchrotronstrahlungtragen entscheidend zu dieser Forschung bei.• Miniaturisierung: Die Informationstechnologie sowie dieneuen Technologien auf Basis von Nano- und Biosystemen sindvon ständig wachsender Bedeutung in vielen Lebensbereichen– von der Kommunikationstechnologie bis zur medizinischenTechnologie. Der ständige Bedarf an weiterer Miniaturisierungund Funktionalisierung geht dabei einher mit einem wachsendenBedarf an Charakterisierungsmethoden von Nanomaterialienauf verschiedenen Skalen bis zur atomaren Ebene und vondynamischen Prozessen auf verschiedenen Zeitskalen. Streuungunter streifendem Einfall wie etwa an Spintronik-Bauelementen,hochauflösende Spektroskopie sowie die Nutzung vonFemtosekunden-Röntgenpulsen liefern wesentliche Informationenüber die Struktur und das zeitliche Verhalten von Nanostrukturen.Dabei wird teilweise Synchrotronstrahlung mitStrahldurchmessern im Mikro- und Nanometerbereich genutzt,um eine hohe Ortsauflösung zu erzielen.In all diesen Beispielen kann Synchrotronstrahlung wesentlicheEinsichten liefern, die mit Hilfe anderer Methodennicht gewonnen werden können. Zu den Nutzern von Synchrotronstrahlungzur anwendungsorientierten Forschung zählendabei Hochschulen und außeruniversitäre Forschungseinrichtungenebenso wie Industrieunternehmen, die Synchrotronstrahlzeitim Rahmen von industrieller Forschung undEntwicklung oder zur Qualitätskontrolle kaufen. Um den speziellenAnforderungen von Industriekunden gerecht werden zukönnen, unternehmen die Quellenbetreiber besondere Anstrengungen.Hierzu gehört die Bereitstellung von speziell geschultemPersonal für die komplette Abwicklung von kurzfristigenIndustrieaufträgen, einschließlich der Interpretation der Messergebnisseund dem Abschluss von Geheimhaltungsverträgen.36 Synchrotronstrahlung 2009