Sachsen investiert in Exzellenz

Am Donnerstag weihte Ministerpräsident Stanislaw Tillich am Nachmittag das größte Forschungsgerät in Sachsen ein. +++

Am 28. März wurde das ELBE – Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen – im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eingeweiht. Herz der modernen Forschungsmaschine ist ein supraleitender Beschleuniger, der Elektronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.
 
Rund 55 Millionen Euro fließen in den Ausbau des ELBE-Zentrums, 34 Millionen davon stellt der Freistaat Sachsen zur Verfügung. Ministerpräsident Tillich: „Die Investitionen des Freistaates Sachsen fließen hier in eine sehr gute Infrastruktur. Sachsen braucht Spitzenforschung, die auch internationale Anziehungskraft besitzt und die besten Forscher aus aller Welt zu uns lockt. Ich wünsche dem neuen ELBE-Zentrum, dass die einzigartigen Experimentiermöglichkeiten zu herausragenden Forschungsergebnissen führen. Davon profitiert die Wissenschaftslandschaft in Dresden und Sachsen ebenso wie die Wirtschaft und somit wir alle.“

Mit den Investitionsmitteln wurde zunächst ein Anbau an die alte Strahlungsquelle ELBE gesetzt, der fast so groß ist wie das ursprüngliche Gebäude; nach und nach folgen nun die Geräte und die Ausstattung für die frisch errichteten Labore. Die neue ELBE ist damit nicht nur das größte Forschungsgerät in Sachsen, es ist zugleich auch eine äußerst vielseitige Forschungsanlage, denn hier können Wissenschaftler aus dem In- und Ausland mit Strahlen unterschiedlichster Art Experimente durchführen. Sie nutzen Elektronen, Neutronen, Positronen oder ultrakurze Lichtblitze im unsichtbaren infraroten Bereich quasi als Sonden, mit denen sie innovative Materialien erforschen. Daneben entwickelt das HZDR kompakte Laserbeschleuniger, die zukünftig ihren Einsatz in der Krebstherapie finden sollen.

Prof. Roland Sauerbrey, Wissenschaftlicher Direktor des HZDR, ist sich sicher: „Die Nachfrage nach Strahlzeit wird mit den neuen Experimentiermöglichkeiten an unserem Großgerät ELBE erheblich steigen und uns auch international ein gutes Stück voran bringen. Dafür sind wir dem Freistaat Sachsen sehr dankbar.“

Positronen und Terahertz-Laser

In einem der neuen ELBE-Labore werden bereits Positronen erzeugt. Diese Antiteilchen zu den Elektronen sind besonders gut geeignet, um Fehlstellen in modernen Funktionsmaterialien zu entdecken. Ein Beispiel: Für eine neue Generation von Solarzellen werden hauchdünne Schichten aus halbleitenden Materialien benötigt. Allerdings können diese Sonnenlicht nur dann hocheffizient in Energie umwandeln, wenn ihr Kristallgitter keine Fehlstellen hat. Positronen können solche Defekte ortsgenau im Nanometer-Bereich aufspüren.

Zu dem Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen mit Namen ELBE gehören auch zwei neue Terahertz-Laser. Terahertz-Strahlung ist unsichtbar und für den Menschen – anders als z. B. Röntgenstrahlung – ungefährlich, allerdings existieren bisher nur wenige leistungsstarke Laser in diesem Bereich. Zugleich ist dieses Licht besonders gut geeignet, um Reaktionen in Materie anzustoßen bzw. zu untersuchen. Das HZDR verfügt bereits über einen starken Terahertz-Laser, der jedoch nur Strahlung in einer genau definierten Wellenlänge – also in nur einer Farbe – abgibt. Die beiden neuen Terahertz-Laser senden Strahlung über einen großen Wellenlängen-Bereich aus und werden die Experimentiermöglichkeiten für Forscher aus dem HZDR und aus aller Welt wesentlich erweitern.

Laser: DRACO und PENELOPE

Hochleistungslaser können Teilchen sehr effektiv beschleunigen. Der DRACO-Laser im HZDR erreicht heute bereits eine Leistung von 150 Terawatt – das entspricht der Leistung aller Kraftwerke auf der Welt –, allerdings ist ein einzelner Laserpuls nur 30 Femtosekunden lang (1 Femtosekunde ist der millionste Teil einer milliardstel Sekunde). Die Laserphysiker im Helmholtz-Zentrum wollen DRACO auf 500 Terawatt erweitern und bauen derzeit an einem Petawatt-Lasersystem mit Namen PENELOPE. Da sich DRACO und PENELOPE im ELBE-Gebäude befinden, bietet das die einmalige Chance, den Elektronenstrahl vom ELBE-Beschleuniger mit den intensiven Laserstrahlen zu koppeln und so brillante Röntgenstrahlung zu erzeugen. Aber auch die Krebstherapie mit geladenen Teilchen wie Protonen könnte von innovativen Laserbeschleunigern profitieren wenn es gelingt, Protonen auf sehr hohe Energien zu beschleunigen.

Die ELBE ist ein so genanntes Nutzergerät. Das heißt, dass nationale wie internationale Messgäste aus Natur- und Ingenieurwissenschaften sowie der Medizin hier Experimente durchführen, um neue Materialien und Technologien zu entwickeln sowie grundlegende physikalische Phänomene zu untersuchen. Schon heute läuft der ELBE-Beschleuniger rund um die Uhr im Drei-Schicht-System – auch an den Wochenenden –, um die vielen Nutzeranfragen zu bedienen.

Quelle: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf