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Werkzeug für Forschung und Innovation
3D-Röntgenmikroskop
Werkzeug für Forschung und Innovation
PETRA IV – das einzigartige 3D-Röntgenmikroskop soll bis 2027 auf dem DESY-Campus in Hamburg entstehen: PETRA steht für Positron-Elektron-Tandem-Ring-Anlage. Der Speicherring beschleunigt Elektronen bis auf nahezu Lichtgeschwindigkeit. Dabei entsteht ultrahelles Röntgenlicht, das an Experimentierstationen geleitet wird. Der schon vorhandene 2.300 Meter lange Ring von der Vorgängeranlage PETRA III wird modernisiert, seine Instrumente und Infrastruktur zum Teil recycelt. Heute und in Zukunft nutzen internationale Forschungsgruppen das besonders brillante, intensive Röntgenlicht für ihre Experimente – von der Medizin- bis zur Materialforschung.
»Das Upgrade zu PETRA IV ist ein entscheidender Schritt für den europäischen Forschungsraum. DESYs Lichtquelle der vierten Generation wird die schnellere Entwicklung dringend benötigter zukünftiger Technologien zum Wohle der europäischen Gesellschaft und Wissenschaft befördern.«
Vorstoß in den Nanokomos
Mit heutigen Röntgenquellen bleiben wichtige Bereiche des Nanokosmos im Dunkeln. Das Problem: Ihre Quellpunkte sind zu groß, und das von ihnen ausgesandte Licht läuft zu stark auseinander. So lässt sich die Strahlung nicht gut genug fokussieren, um kleine Strukturen punktgenau abzutasten, und die Röntgenbeugungsbilder sind zu verwaschen, um feinste Details zu erkennen. Während der Strahl von PETRA III nur in vertikaler Richtung klein, horizontal hingegen ausgedehnt ist, erzeugt PETRA IV Strahlen, die in horizontaler und vertikaler Richtung nur noch wenige Mikrometer klein sind und sich damit noch weiter auf Nanometerebene fokussieren lassen. Das ermöglicht bildgebende Verfahren mit 100-mal genauerer Detailschärfe und 100-mal schnellere Experimente als bisher. Damit macht PETRA IV jegliche Form von Materie auf Größenskalen bis hinab zu nur einem zehntel Nanometer in 3D sichtbar.
Im Nanobereich liegt der Schlüssel zum Verständnis von vielen Prozessen in der Natur, wie etwa in Protein- und Ionenkanälen von Zellen. Aber auch winzige Leitungen und Schalter in künftigen Computerchips werden so erstmals in 3D sichtbar. PETRA IV eröffnet einen neuen und dreidimensionalen Blick auf kleinste Strukturen und Prozesse, der ausschlaggebend ist für die Untersuchung von Energiespeichern, Brennstoffzellen, Katalysatoren und biologischen Zellen.
Die Kombination aus hoher Auflösung, Leuchtstärke und Eigenschaften wie Kohärenz macht PETRA IV zum ultimativen 3D-Röntgenmikroskop und bisherige Methoden zu Nano-Experimentiertechniken. Das führt zu neuen Anwendungen in Bereichen wie Energie-, Umwelt- und Gesundheitsforschung, Transportwesen und Neue Technologien.
Spitzenforschung mit Strahlkraft
Die extrem gebündelten Röntgenstrahlen von PETRA IV durchleuchten Objekte in ihrer natürlichen Umgebung. So lässt sich ihre räumliche Struktur von der makroskopischen Ebene bis hinunter in den Nanokosmos der Atome abbilden. Gleichzeitig wird es möglich sein, die Dynamik der einzelnen Elemente und Strukturen der Untersuchungsobjekte zu beobachten – auf Zeitskalen von Nanosekunden bis Stunden.
