29. Juni 2021

Schubkraft für Spitzenforschung aus Deutschland

Drei Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft entwickeln gemeinsame Strategien für beschleunigerbasierte Lichtquellen, um Forschung und Innovation in Deutschland zu stärken.

Die Lichtquellen der Helmholtz-Gemeinschaft ergänzen sich komplementär und sind wahre Multitalente: Sie enthüllen das Coronavirus und spüren Kandidaten für neue Medikamente auf. 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.


Drei Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft haben deshalb gemeinsam eine nationale Strategie zur Weiterentwicklung beschleunigerbasierter Lichtquellen entwickelt. Ihr Strategiepapier wurde auf dem Helmholtz-Symposium „Forschungsinfrastrukturen der Zukunft“ am 28. Juni als Bestandteil der Helmholtz-Roadmap einer breiten Wissenschafts-Öffentlichkeit vorgestellt.

Die drei Helmholtz-Zentren in Hamburg (DESY), Berlin (HZB) und Dresden (HZDR) verbindet, dass sie die beschleunigerbasierten Lichtquellen der Helmholtz-Gemeinschaft im internationalen Wettbewerb erfolgreich betreiben. Sie eint darüber hinaus, dass sie schon heute visionär in die Zukunft schauen: Die geplanten Modernisierungen sorgen dafür, auch künftig international eine Spitzenposition im Bereich der Lichtquellen einzunehmen. In Deutschland garantieren die Anlagen einzigartige Forschungsmöglichkeiten unter anderem zu Hightech-Materialien sowie in den Feldern Umwelt, Energie, Informationstechnologie, Medizin und Kulturerbe.

Professor Helmut Dosch, Koordinator des Helmholtz-Forschungsbereichs Materie und Vorsitzender des DESY-Direktoriums, sagt: „Beschleunigerbasierte Großforschungsanlagen sind unverzichtbar für Forschungsprojekte aus allen wissenschaftlichen Disziplinen. Mit unseren Lichtquellen in Hamburg, Berlin und Dresden erfüllen wir deshalb einen essenziellen gesellschaftlichen Auftrag und sichern Deutschlands internationale Spitzenstellung in diesem dynamischen Zukunftsfeld.“

Professor Sebastian M. Schmidt, Wissenschaftlicher Vorstand des HZDR, ergänzt: „Genau das zeichnet die Helmholtz-Gemeinschaft aus: Wir haben schon heute die Fragen der Zukunft im Blick. Nur so kann es uns immer wieder gelingen, vorausschauend Forschungsthemen von morgen zu identifizieren und auch die entsprechenden Infrastrukturen zu planen, um wegweisende Lösungen zu entwickeln. Um dies zu erreichen, werben wir nun für breite Unterstützung unserer Strategie.“

Professor Jan Lüning, Wissenschaftlicher Geschäftsführer des HZB, betont: „Unsere Anlagen ergänzen sich optimal. Durch ihre komplementären Ausrichtungen decken sie die von der Wissenschaft benötigten Experimentiertechniken umfassend ab. Die Anlagen garantieren damit, auch zukünftigen Herausforderungen aus Wissenschaft und Industrie gewachsen zu sein und so international eine Spitzenstellung inne zu haben.“

Mit der Weiterentwicklung ihrer Lichtquellen gelingt eine strategische Weichenstellung, um adäquate Lösungen für gegenwärtige und künftige gesellschaftliche Herausforderungen anzubieten.


Die geplanten Updates hier kurz skizziert:

Bei DESY in Hamburg soll der Ausbau der bestehenden Lichtquelle PETRA III zu PETRA IV erfolgen. Das dort bereitgestellte Röntgenlicht bildet atomare Strukturen von Materialien unter Live-Prozessbedingungen ab. Leistungsfähigere Batterien, neue medizinische Wirkstoffe gegen Volkskrankheiten oder maßgeschneiderte Materialien für die Quantenelektronik: Mit den dann tiefen Einblicken in den Nanokosmos entstehen wissenschaftliche Fortschritte. Nach Fertigstellung ist DESYs 3D-Röntgenmikroskop weltweit einzigartig.

BESSY III wird die neue Entdeckungsmaschine für die Energie- und Materialforschung. Die weichen Röntgenstrahlen offenbaren ortsaufgelöste Informationen über elektronische Eigenschaften. Sogenannte Operando-Techniken erlauben Echtzeitforschung, die neue Einblicke in die Funktionalität von Materialien ermöglichen. Hightech-Materialien für künstliche Fotosynthese zur Herstellung von grünem Wasserstoff sowie für Quantencomputer werden damit realistisch.

In Dresden entsteht eine neue Forschungsanlage mit zwei supraleitenden Elektronenbeschleunigern: DALI. Diese liefert Terahertz- und Vakuum-Ultraviolett-Strahlung. Mit ihrem Licht sollen Materialien zur ultraschnellen Datenspeicherung entschlüsselt werden, die zum Beispiel die Nachfolger des 5G-Mobilfunkstandards werden können. Auch die Biophysik wird von der neuen Anlage profitieren, denn sie ermöglicht nicht nur die Beobachtung von Strukturänderungen biologischer Moleküle, sondern sogar deren gezielte Beeinflussung.

Als weitere Maßnahme soll der Freie-Elektronen-Laser FLASH2020+ am Standort DESY kontinuierlich modernisiert werden. Mit Abschluss der Umbauphase wird die FLASH-Anlage eine weltweit führende Position im Bereich der Freie-Elektronen-Laser für weiche Röntgenstrahlung sowie Terahertz-Licht haben.

Zur Gesamtstrategie der Helmholtz Photon Science Roadmap zählt außerdem die weitere Beteiligung an dem international betriebenen Röntgenlaser European XFEL. Eine Zusammenfassung der Nationalen Strategie zur Weiterentwicklung beschleunigerbasierter Lichtquellen können Sie hier nachlesen.


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.

-> Zur News des HZDR.


Foto ©HZDR/HZB/DESY: Photon Science Roadmap. Im Foto zu sehen S. Floss (HZDR), S. Steinbach (HZB) und C. Schmid (DESY).

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