Zurzeit fungiert der PETRA-Speicherring insbesondere als Vorbeschleuniger für das "Supermikroskop" HERA, DESYs größten Teilchenbeschleuniger. Außerdem stehen drei Testmessplätze für Experimente mit intensiver Röntgenstrahlung zur Verfügung. Um PETRA zu einer leistungsstarken Lichtquelle umzurüsten, müssen knapp 300 Meter des 2,3 Kilometer langen Speicherrings komplett umgebaut und eine neue Experimentierhalle errichtet werden. Geplant sind 13-15 Messplätze, die mit so genannten Undulatoren bestückt sind, lange Magnetanordnungen, die Röntgenstrahlung mit besonders hoher Brillanz liefern. Das bedeutet vereinfacht: Sehr viele Lichtteilchen (Photonen) sind auf kleinster Fläche gebündelt und bilden einen extrem intensiven Lichtstrahl. Dazu Dr. Edgar Weckert, wissenschaftlicher Leiter des Ausbauprogramms am PETRA-Beschleuniger: "PETRA wird den gleichen Photonenfluss auf der Fläche von einem einzigen Quadratmillimeter erzeugen wie der derzeit bei DESY als Lichtquelle genutzte Ringbeschleuniger DORIS auf einigen Quadratzentimetern!" Der entscheidende Vorteil eines so haarfeinen, höchst brillanten Röntgenlichtstrahls: Auch winzig kleine Materialproben lassen sich untersuchen und gestochen scharfe Bilder von der Anordnung ihrer Atome erhalten. Molekularbiologen beispielsweise können damit die räumliche atomare Struktur von winzigen Proteinkristallen aufklären. Der Bedarf hierfür ist groß: Neben den menschlichen Genen stehen die Proteine, die nach dem genetischen Bauplan zusammengesetzt werden, ganz oben auf der Wunschliste der Forscher. Anwendungen sind beispielsweise bei der Entwicklung von neuen Medikamenten zu erwarten, die gezielt und punktgenau dort ansetzen, wo ein Krankheitserreger angreift.

Auch für das weite Feld der Materialforschung bietet die neue brillante Röntgenquelle vielseitige Möglichkeiten. Für einige Anwendungen brauchen die Materialforscher besonders energiereiche Photonen mit starkem Durchdringungsvermögen, beispielsweise um Schweißnähte zu prüfen oder Ermüdungserscheinungen von Werkstücken zu untersuchen. Der PETRA-Speicherring wird besonders energiereiche Strahlung bis über 100 Kiloelektronenvolt mit hoher Leuchtstärke erzeugen – ein entscheidendes Plus für viele Experimente.

Bald wird die Röntgenquelle PETRA Unterstützung bekommen: Derzeit werden neue Freie-Elektronen-Laser für den Bereich der Röntgenstrahlung entwickelt. Die Anlagen ergänzen einander sehr gut. Röntgenlaser eröffnen völlig neue Möglichkeiten und erschließen viele neue Forschungsfelder. Zeitauflösung, Brillanz und Kohärenz ihrer Strahlung setzen neue Maßstäbe. Sie sind jedoch nicht dazu geeignet, die "Grundversorgung" mit intensiver Röntgenstrahlung sicher zu stellen. Eine weltweit steigende Zahl von Nutzern aus allen Bereichen der Naturwissenschaften braucht für ihre Experimente auch künftig "herkömmliche" Quellen. Und die müssen leistungsstark und international konkurrenzfähig sein – so wie der neue PETRA-Speicherring bei DESY.

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Der PETRA-Beschleuniger als Lichtquelle
Die gestrichelte Linie markiert den unterirdischen Tunnel, in dem der PETRA-Beschleuniger aufgebaut ist. Dies ist zugleich die Begrenzung des DESY-Geländes in Hamburg-Bahrenfeld. Zudem ist in gelb die geplante Halle eingezeichnet, in der die Experimente mit dem intensiven Röntgenlicht durchgeführt werden sollen. (Quelle: DESY Hamburg)