Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland 2009 - SNI-Portal
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BESSY IIam Helmholtz-Zentrum Berl<strong>in</strong>Der Elektronenspeicherr<strong>in</strong>g BESSY II des Helmholtz-ZentrumsBerl<strong>in</strong> für Materialien und Energie (HZB) ist nun seit überzehn Jahren <strong>in</strong> Betrieb und ist immer noch die e<strong>in</strong>zige deutsche<strong>Synchrotronstrahlung</strong>squelle der dritten Generation. Der Ausbauder Nutzere<strong>in</strong>richtungen war sehr rasant. Bereits zwei Jahrenach Beg<strong>in</strong>n des Nutzerbetriebs waren 29 Strahlführungen <strong>in</strong>Betrieb und weitere 13 im Aufbau. Heute ist der Platz <strong>in</strong> derExperimentierhalle rar, denn <strong>mit</strong> rund 50 Strahlführungen undebenso vielen speziellen Experimentiere<strong>in</strong>richtungen ist derVollausbau nahezu erreicht.BESSY II stellt rund 25 % der europäischen <strong>Forschung</strong>s<strong>in</strong>frastrukturim XUV-Bereich (extremes Ultraviolett). Dabei kannBESSY II auf e<strong>in</strong>en selbst für <strong>Synchrotronstrahlung</strong>squellen extrembreiten Spektralbereich zurückgreifen, der von Terahertzbiszur harten Röntgenstrahlung (0,0006 – 150.000 eV) reicht.Dies wird durch zwei Entwicklungen ermöglicht: Zum e<strong>in</strong>endurch die Möglichkeit, den Speicherr<strong>in</strong>g im sogenannten Low-Alpha-Modus zu betreiben, wodurch BESSY II als erste Quelle <strong>in</strong>der Welt kohärente <strong>Synchrotronstrahlung</strong> im fernen Infrarotund Terahertzbereich erzeugen kann. Der Bereich der hartenRöntgenstrahlung wird durch den E<strong>in</strong>satz von supraleitendenMagnetstrukturen erreicht, von denen der 17-polige 7-Tesla-Wiggler herausragt.Durch die enorme Breite des Spektralbereichs s<strong>in</strong>d an BESSYII Methoden möglich, die man vorher nur an mehreren unterschiedlichen<strong>Synchrotronstrahlung</strong>squellen nutzen konnte oderdie gar nicht möglich waren: beispielsweise Prote<strong>in</strong>kristallo-graphie, Röntgentomographie, und -fluoreszenzanalyse sowieenergie-dispersive Diffraktion bzw. THz-spektroskopischeUntersuchung von Hochtemperatursupraleitern. So können nundie Struktur von Prote<strong>in</strong>en und Werkstoffen bestimmt undzerstörungsfreie Materialanalysen an <strong>in</strong>dustriellen Werkstoffenoder Kunstobjekten durchgeführt werden.Auch im XUV-Spektralbereich, für den BESSY II optimiertist, haben sich besonders durch den E<strong>in</strong>satz elliptischer Undulatorenneue experimentelle Möglichkeiten eröffnet. Diese komplexenMagnetanordnungen werden vom HZB an vordersterFront entwickelt und erlauben die volle Kontrolle über die Richtungund Art der Polarisation der erzeugten Strahlung. DieseOptionen kommen jedoch erst durch die entsprechenden Monochromatorenund Strahloptiken richtig zu Geltung. Das anBESSY II entwickelte Design wird nun von führenden Hardwareherstellern(FMB, Jenoptik) <strong>in</strong> Lizenz für ihre Produkte e<strong>in</strong>gesetzt.E<strong>in</strong> besonderer elliptischer Undulator kommt beimFemtosekunden-Slic<strong>in</strong>g-Aufbau zum E<strong>in</strong>satz. Hier können <strong>mit</strong>Hilfe e<strong>in</strong>es Hochleistungslasers polarisierte Röntgenpulse vonetwa 120 Femtosekunden Pulsdauer generiert werden. Da<strong>mit</strong>s<strong>in</strong>d erstmalig ultraschnelle Magnetisierungsprozesse spektroskopischuntersucht worden. Da für diese Experimente nur e<strong>in</strong>Elektronenpaket im Speicherr<strong>in</strong>g verwendet wird, bietet BESSYII seit e<strong>in</strong>iger Zeit den Hybrid-Betriebsmodus an, bei dem <strong>in</strong>die normalerweise vorhandene Lücke <strong>in</strong> der R<strong>in</strong>gfüllung e<strong>in</strong> e<strong>in</strong>zigesElektronenpaket e<strong>in</strong>geführt wird. Da<strong>mit</strong> bee<strong>in</strong>flussendie Nutzer am Femtoslic<strong>in</strong>g-Messplatz nicht die Ergebnisse deranderen Nutzer.Die Methodenentwicklung für bildgebende Verfahrenbildet e<strong>in</strong>en besonderen Schwerpunkt bei BESSY II. Die Röntgenmikroskopie<strong>mit</strong> Hilfe von Fresnell<strong>in</strong>sen erlaubt die 3D-Darstellungvon Zellen bis zu e<strong>in</strong>er Auflösung von weniger als 15Nanometern, ohne zusätzliche Kontrast<strong>mit</strong>tel e<strong>in</strong>setzen undohne Schnitte anfertigen zu müssen. Die Röntgenholografie iste<strong>in</strong>e weitere vielversprechende Methode, um Mikroskopie <strong>mit</strong>kurzen Pulsen zu betreiben und da<strong>mit</strong> dynamische Prozesse abzubilden– z. B. durch den E<strong>in</strong>satz an e<strong>in</strong>em Freie-Elektronen-Laser. Mit der sp<strong>in</strong>aufgelösten Photoelektronenmikroskopie(SPEEM) kann hervorragend Domänenbildung <strong>in</strong> magnetischenMaterialien verfolgt werden. Darüber h<strong>in</strong>aus stehen Messplätzefür THz-Nahfeldmikroskopie, Infrarotmikroskopie und Rönt-38<strong>Synchrotronstrahlung</strong> <strong>2009</strong>