Glossar

Die Experimentierhallen der Forschungslichtquelle PETRA III sind nach Namen berühmter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler benannt. Eine Namensgeberin ist Ada Yonath. Die israelische Nobelpreisträgerin hat wichtige Arbeiten zu ihrer Strukturforschung an Ribosomen, den „Eiweißfabriken“ lebender Zellen, bei DESY durchgeführt.

Eine Beamline oder Strahlführung bringt die erzeugte Synchrotronstrahlung zu einer Nutzungsstelle – bei DESY zu den Experimentiereinrichtungen.

Beschleuniger bringen winzige, elektrisch geladene Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten – bis fast an die Lichtgeschwindigkeit, auf annähernd 300 000 Kilometer pro Sekunde. Starke Radiowellen bringen die Teilchen dabei auf Trab, wuchtige Magnete halten sie auf ihrer Bahn. Bei PETRA fungiert der Beschleuniger als Lichtquelle, der die Teilchen dazu bringt, extrem kurze, intensive Röntgenblitze auszusenden.

Der European XFEL ist eine einzigartige Forschungsanlage: Sie erzeugt Röntgenblitze, die milliardenfach heller als das Licht aus einem Speicherring und deutlich kürzer als eine billionstel Sekunde sind. Die 3,4 Kilometer lange, unterirdische Tunnelröhre des European XFEL beginnt auf dem DESY-Gelände in Hamburg-Bahrenfeld, verläuft in Richtung Nordwest und endet hinter der Landesgrenze zu Schleswig-Holstein in einer riesigen Experimentierhalle.

Der Freie-Elektronen-Laser erzeugt seit 2005 ein ganz besonderes Licht: extrem intensive, ultrakurz gepulste Röntgenlaserblitze. Forscherinnen und Forscher aus aller Welt verfolgen damit die Bewegungen von Atomen und Molekülen.

Eine Vakuum-Elektronenröhre, die als Oszillator oder Verstärker verwendet wird. Im Klystron wird ein Elektronenstrahl geschwindigkeitsmoduliert (periodisch gebündelt), um große Mengen an Leistung zu erzeugen.

Die große Experimentierhalle von DESYs Röntgenquelle PETRA III ist nach dem Physikpionier Max von Laue benannt. Max von Laue ist der Entdecker der Röntgenstrahlinterferenz, die als Meilenstein in der Erforschung des atomaren Aufbaus der Materie gilt. Für diese Leistung wurde er 1914 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Das Material dieser Magnete hat von sich aus ein starkes Magnetfeld, das ohne zusätzliche Energiezufuhr besteht. Bei PETRA IV soll eine große Zahl dieser Magnete eingesetzt werden, um Energie zu sparen.

Ringbeschleuniger für Elektronen und Positronen bei DESY, später auch für Protonen. Länge: 2304 Meter, die Inbetriebnahme erfolgte bereits 1978. Seit 2010 ist PETRA eine der hellsten Speicherring-Röntgenstrahlungsquellen der Welt.

In dem 2,3 Kilometer großen Speicherring von PETRA III kreisen nahezu lichtschnelle Elektronen. Dabei werden sie von Magneten auf ihrer Bahn gehalten. Wenn sie spezielle Magnetstrukturen, die sogenannte Undulatoren, passieren, werden sie darin so stark hin- und herbewegt, dass sie gebündeltes Röntgenlicht aussenden. Diese Strahlung gelangt, durch Röhren abgeschirmt, zu den Messplätzen, wo sich die unterschiedlichsten Proben damit untersuchen lassen.

Ein Photon ist eines der fundamentalen Teilchen in der Natur und spielt eine wichtige Rolle bei den Wechselwirkungen mit Elektronen. Je nach ihrer Frequenz (und damit ihrer Energie) haben Photonen verschiedene Bezeichnungen, wie sichtbares Licht, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen. Photonen sind die bekanntesten Teilchen des Lebens: Das Licht, das wir sehen, die Strahlungswärme, die wir spüren, die Mikrowellen, mit denen wir kochen, bestehen aus Photonen unterschiedlicher Energie. Die energiereichsten dieser Teilchen werden als Röntgenstrahlen und Gammastrahlen bezeichnet. Niedrigenergetischere Formen sind zum Beispiel ultraviolette Strahlen, Infrarotstrahlen und Radiowellen. 

Quadrupolmagnete (vier Magnete im Quadrat gegenüber) sorgen bei PETRA III für die Bündelung der Teilchenstrahlen. Diese Magnete stehen in Reihe hintereinander im Ring. Die Quadrupolmagnete sind zwischen fünf und sieben Meter lang.

Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen (Photonen des Lichts), die durch Energieänderungen von Elektronen ausgesandt werden.

Ein ringförmiger (oder nahezu ringförmiger) Teilchenbeschleuniger, in dem entweder hochenergetische Elektronen und/oder Positronen oder Protonen und/oder Antiprotonen viele Male kreisen. Wegen der sehr unterschiedlichen Massen von Protonen und Elektronen muss ein Speicherring für die eine oder die andere Art von Teilchen ausgelegt sein und kann nicht für beide funktionieren.

Immer wenn ein geladenes Teilchen eine beschleunigte Bewegung erfährt, strahlt es elektromagnetische Energie ab. Ein Beispiel ist die Ausstrahlung von Radiowellen, wenn sich Elektronen in einer Radioantenne hin- und herbewegen. Ein geladenes Teilchen, das sich auf einem Kreisbogen bewegt, erfährt ebenfalls eine Beschleunigung, da es seine Richtung ändert. Die von solchen Teilchen ausgehende Strahlung wird als Synchrotronstrahlung bezeichnet. Sie ist besonders intensiv und sehr gerichtet, wenn Elektronen, die sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit bewegen, in Magnetfeldern abgelenkt werden.

Spezielle Magnetstrukturen, in denen die Elektronen dazu gebracht werden, Röntgenlicht abzustrahlen. Wenn die Elektronen die Undulatoren passieren, werden sie darin so stark hin- und herbewegt, dass sie gebündeltes Röntgenlicht aussenden.