Der beste Beschleuniger der Welt

PETRA IV wird nach einem innovativen Design gebaut, mit dem dann Röntgenstrahlung erzeugt werden kann, die mehr als 100 Mal gebündelter ist als bei PETRA III. Gänzlich neu sind vor allem die Hauptkomponenten der Anlage – die Magnete, die die Elektronen im Speicherring auf ihrer Kreisbahn halten.

„Wir werden bei PETRA IV deutlich mehr Magnete einbauen als beim Vorgänger, insgesamt mehr als 4000“, erläutert Bartolini. „Sie werden die Elektronen im Ring viel enger im Ring führen und fokussieren.“ Mit dem positiven Effekt, dass die Elektronenpakete besser gebündelt werden und dadurch deutlich feinere, hochintensive Röntgenstrahlen aussenden – womit sich unterschiedlichste Materialproben mit größerer Präzision durchleuchten und analysieren lassen als bisher.

„Wir werden vor allem Permanentmagnete einsetzen“, kündigt Bartolini an. „Das ermöglicht eine kompaktere Bauweise und braucht weniger Strom als eine gleichwertige Maschine, die mit Elektromagneten betrieben würde.“ Neben dem 2,3 Kilometer langen PETRA-Ring müssen die Vorbeschleuniger nebst den Transferstrecken mit den neuen Komponenten bestückt werden.

Eine weitere Herausforderung ist die Konstruktion der metallenen Trägersysteme, auf der die Magnete in Gruppen montiert werden sollen. Es sind fünf Meter lange Blöcke, sie sollen vor dem Einbau komplett mit Magneten und Vakuum-Kammern bestückt und dann als Ganzes in den Ring eingesetzt werden. „Diese Träger sollen möglichst leicht und zugleich hochstabil sein“, erklärt Bartolini. „Das bedeutet eine Menge Aufwand bei Design, Optimierung und Konstruktion.“ 

Ferner wollen die Fachleute den Beschleuniger so auslegen, dass die Elektronenpakete über Millisekunden bis hin zu vielen Stunden stabil im Ring kreisen können und dabei weder durch Bodenerschütterungen noch durch Gerätevibrationen aus dem Takt geraten. „Wir entwickeln ein Steuerungs- und Rückkopplungssystem, das den Strahl stets präzise in seiner Position halten soll“, berichtet der Projektleiter. „Das alles sind technische Herausforderungen, bei denen wir an die Grenzen der derzeitigen Technologie gehen müssen.“ 

Und wie geht es derzeit mit der Entwicklung voran? „Was die Maschine betrifft, sind wir auf einem guten Weg“, antwortet Bartolini. „Das aktuelle Design steht und hat sich seit vielen Monaten nicht wesentlich verändert. Wir glauben, dass das Projekt machbar ist und die angestrebten Eigenschaften liefern wird.“ Anders formuliert: Die grundlegenden Pläne sind abgeschlossen, die DESY-Fachleute stehen im Wesentlichen bereit. Wenn eines Tages der Startschuss kommt, können sie zügig mit dem Bau des innovativen Beschleunigers loslegen.