ELBE – Der Alleskönner unter den Strahlungsquellen

Atomkerne verstehen, die Strahlentherapie bei Krebs weiterentwickeln oder WLAN-Sender verbessern – für diese und weitere Ziele nutzen Forschende die vielseitige Strahlung des Elektronen Linearbeschleunigers hoher Brillanz und niedriger Emittanz (ELBE). Er stellt intensive Gammastrahlung, Röntgenblitze, Infrarotlicht mit Lasereigenschaften und starke Terahertz-Wellen zur Verfügung. Auch Neutronen, Elektronen und Positronen hat er im Programm und ist somit ein wahres Multitalent.

Elektronenbeschleuniger

Entsprechend vielseitig sind die Experimente. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen zum Beispiel den Fragen nach, was in Atomkernen vor sich geht und wie sie im Innersten aufgebaut sind. Sie können im Labor nachvollziehen, wie Elemente im Inneren von Sternen entstehen. Außerdem testen sie, wie widerstandsfähig verschiedene Materialien bei intensiver Strahlung sind und finden geeignete Materialien für medizinische und technische Anwendungen. Doch auch für die direkte Therapie in der Medizin ist diese Information gut: Indem die Forschenden die Strahlung auf Zellen lenken, finden sie heraus, wie sich die Strahlentherapie bei Tumoren optimieren lässt.

Die Basis von ELBE ist ein supraleitender Beschleuniger, der kurze Pakete aus Elektronen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit bringt. Er besteht aus zwei Modulen mit Bauelementen aus Niob, gekühlt auf etwa minus 270 Grad Celsius. Dank dieser supraleitenden Technologie kann der Strom nahezu verlustfrei fließen. Denn die Bauteile heizen sich im Betrieb nicht auf – und das bei bis zu 26 Millionen Elektronenpulsen, die ELBE pro Sekunde beschleunigt.

Laserlicht setzt Elektronen frei

In den angebauten Experimenten nutzen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die verschiedenen Strahlungsarten. Die nahezu lichtschnellen Elektronen eignen sich für zahlreiche Untersuchungen. Wenn die Forschenden elektromagnetische Strahlung, Positronen oder Neutronen für ihr Experiment verwenden, beobachten sie auch verschiedenste andere Effekte. Das Besondere daran ist, dass die Elektronenpulse mit einer Dauer im Bereich von Pikosekunden – also Billionstel Sekunden – zur Verfügung steht. Zum Vergleich: In solch winzigen Zeitabschnitten legt Licht, das bereits in 1,3 Sekunden vom Mond zur Erde gelangt, gerade 0,3 Millimeter zurück. Diese ultrakurzen Blitze ermöglichen es den Forschenden, schnell aufeinanderfolgend Atome und Moleküle zu messen.

Freie-Elektronen-Laser

ELBE ist das größte und komplexeste Gerät am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Es wird zu neunzig Prozent von der Bundesrepublik Deutschland und zu zehn Prozent durch den Freistaat Sachsen finanziert. Im Rahmen der Projektförderung ErUM-Pro unterstützt das Bundesforschungsministerium Hochschulgruppen und Forschungseinrichtungen bei der Forschung und Entwicklung an ELBE.

Forschung mit Positronen

Seit der Inbetriebnahme 2001 steht der supraleitende Beschleuniger Nutzerinnen und Nutzern aus aller Welt zur Verfügung. Er dient ihnen als Quelle für die unterschiedlichsten Strahlungsarten. Zahlreiche Forschungsgruppen kommen aus verschiedensten Fachdisziplinen nach Dresden, um jährlich über 4000 Stunden an dieser einzigartigen Anlage zu experimentieren. Ein Großteil von ihnen stammt von Universitäten und Forschungseinrichtungen aus dem In- und Ausland, etliche weitere Gruppen aus der Helmholtz-Gemeinschaft. An der ELBE-Beschleunigeranlage befassen sie sich mit wegweisenden Forschungsarbeiten. Unter anderem erforschen sie hier zukünftige Möglichkeiten für ultraschnelles WLAN.