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Nachricht vom 13. Mai 2022

Schnelleres Licht für die Spitzenforschung aus Deutschland

Drei Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft stellen ihre gemeinsame Strategie für beschleunigerbasierte Lichtquellen ausgewählten Bundestagsabgeordneten vor.

Foto: Thomas Sattelberger, Parlamentarischer Staatssekretär im BMBF, eröffnet das Parlamentarische Frühstück. ©Copyright: M. Setzpfandt

Thomas Sattelberger, Parlamentarischer Staatssekretär im BMBF, eröffnet das Parlamentarische Frühstück.

Bild: M. Setzpfandt

Gemeinsam mit den Helmholtz-Zentren in Hamburg (DESY) und Berlin (HZB) hat das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) im vergangenen Jahr eine nationale Strategie zur Weiterentwicklung beschleunigerbasierter Lichtquellen erarbeitet. Bei einem Parlamentarischen Frühstück am 13. Mai 2022 haben die Direktoren der drei Zentren ihre Strategie interessierten Bundestagsabgeordneten vorgestellt. Unterstützt wurden sie dabei von der Physikerin, Prof. Beatriz Roldán Cuenya, die als Direktorin am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft mit beschleunigerbasierten Lichtquellen forscht.  

Prof. Helmut Dosch, Koordinator des Helmholtz-Forschungsbereichs Materie und Vorsitzender des DESY-Direktoriums, betonte, dass sich die Lichtquellen der Helmholtz-Gemeinschaft komplementär ergänzen und als wahre Multitalente gelten, die für unterschiedlichste Forschungsvorhaben unentbehrlich sind. Gemeinsam führten die Direktoren aus, dass beschleunigerbasierte Lichtquellen zum Beispiel in der Lage sind, das Coronavirus zu enthüllen oder Kandidaten für neue Medikamente aufzuspüren. Sie analysieren Katalysatoren, die mit Sonnenlicht Wasserstoff erzeugen und so Wegbereiter für eine klimaneutrale Wirtschaft sein können. Sie liefern Erkenntnisse über völlig neuartige Materialien, die die Digitalisierung voranbringen. Zusammen sichern diese Lichtquellen in vielen weiteren Bereichen den Innovationsvorsprung für Deutschland.

Damit dies auch künftig so bleibt, müssen schon heute die Anlagen für morgen entwickelt werden. Dafür braucht es die Unterstützung seitens der Politik.

Prof. Sebastian M. Schmidt, Wissenschaftlicher Vorstand des HZDR, stellte sich den Fragen der Abgeordneten zur am HZDR geplanten neuen Forschungsanlage DALI (Dresden Advanced Light Infrastructure). DALI wird eine Hochfeld-Strahlungsquelle für Terahertz-Strahlung mit einem Freien-Elektronen-Laser für Wellenlängen im Vakuum-Ultraviolett (VUV) koppeln. Ihr Zweck: die experimentelle Untersuchung dynamischer Prozesse in Materialien verschiedenster Art.

Die intensive Terahertz-Strahlungsquelle soll es beispielsweise ermöglichen, funktionell relevante elektronische Zustände in Festkörpern gezielt zu beeinflussen, zum Beispiel in Nanostrukturen und Hochtemperatur-Supraleitern. Auch die Entschlüsselung von Materialien zur ultraschnellen Datenverarbeitung, die als aussichtsreiche Kandidaten für 6G-Mobilfunkstandards gelten, könnte auf dieser Grundlage in greifbare Nähe rücken. Darüber hinaus könnte DALI Einblicke zur Rolle von Wasser für das Leben auf der Erde ermöglichen.

Die intensive VUV-Strahlungsquelle wiederum verspricht besseres mikroskopisches Verständnis chemischer Reaktionen, etwa in der Katalyse, Verbrennung, Atmosphärenphysik und Astrochemie. Neben den Photonenquellen erhalten die Wissenschaftler*innen mit DALI dank einer zusätzlichen Quelle für intensive Positronen-Strahlung zudem ein Werkzeug, das ihnen die dynamische Untersuchung von Fehlstellen in kristallinen Festkörpern und poröser Materialien im Nanometerbereich erlaubt.


Weitere Informationen:

Eine Zusammenfassung der Nationalen Strategie zur Weiterentwicklung beschleunigerbasierter Lichtquellen ist nachzulesen unter https://www.helmholtz.de/fileadmin/test/Helmholtz-Photon-Science-Roadmap-2021-Kurzfassung-210625.pdf  

Was ist eine beschleunigerbasierte Lichtquelle (Photonenquelle)?

  • Mit beschleunigten Elektronen werden höchstintensive Lichtpulse erzeugt: vom Infraroten bis jenseits des Röntgenbereiches. Mit diesem Licht (Synchrotronlicht) werden nahezu alle Materialien und Proben untersucht.
  • Zu Photonenquellen zählen Speicherringe und Freie-Elektronen-Laser (FEL). Sie unterscheiden sich in Zweck und Aufbau: Speicherringe sind ringförmig und erzeugen kurze Lichtpulse mit hoher Gesamtintensität; FEL sind linear und erzeugen ultra-kurze extrem intensive Laserblitze.
  • Diese wichtigen Forschungsinfrastrukturen sind zum Teil kilometerlang.