Wissenschaftler mit Schutzbrille und -anzug lehnt sich mit einem Werkzeug in der Hand in eine goldfarbene Röhre

HZDR/Frank Bierstedt

Zwei Wissenschaftler in Schutzanzug und mit Schutzbrille arbeiten auf einem metallenen Steg

HZDR/Oliver Killig

Rückwand eines Gerätes, in dem viele orangene kabel stecken; im Hintergrund ein Wissenschaftler im Schutzanzug

HZDR/Frank Bierstedt

Metallener Kolben

HZDR/Oliver Killig

ELBE – Der Alleskönner unter den Strahlungsquellen

Elektronenstrahlen, Terahertz-Wellen, Röntgenstrahlung – das und noch mehr kann der Elektronenbeschleuniger ELBE und ist somit ein Multitalent für die Forschung. Mit besonders angeordneten ultrakalten Supraleitern bringt er Elektronen auf beinahe Lichtgeschwindigkeit und produziert unterschiedlichste Strahlung für moderne Experimente an Atomkernen, Elektronik-Materialien und für die Krebstherapie.

  • Ort:
    Dresden

  • Anzahl WissenschaftlerInnen:
    30 Nutzergruppen weltweit

  • Beteiligte Länder:
    Deutschland (Bund/Freistaat Sachsen)

  • Ziel:
    Vielfältige Objekte, von Atomkernen bis hin zu komplexen Materialien für medizinische und technologische Anwendungen, erforschen

  • Anwendungsbeispiel:
    Behandlung von Krebserkrankungen

  • Gerätetyp:
    Teilchenbeschleuniger

  • Messmethode:
    Spektroskopie mittels Sekundärstrahlung

  • Untersuchungsobjekt:
    Materie

  • Bauphase:
    1998 bis 2001

  • Rechtsform & beteiligte Institutionen:
    Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

  • Größe:
    85 Meter Länge, 35 Meter Breite

  • Technische Experimentdetails:
    Elektronen mit 32 MeV Energie, Photonen mit 40 MeV Energie
    1-250 Billionstel Sekunden kurze Pulse
    13 Millionen Pulse pro Sekunde

Welche Erkenntnisse ELBE liefert

Atomkerne verstehen, die Strahlentherapie bei Krebs weiterentwickeln oder WLAN-Sender verbessern – für diese und weitere Ziele nutzen Forschende die vielseitige Strahlung des Elektronen Linearbeschleunigers für Strahlen 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.

Metallener, verkabelter Zylinder in einem Labor

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.

Wie ELBE funktioniert

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 13 Millionen Elektronenpulsen, die ELBE pro Sekunde beschleunigt. Die Strahlleistung von 40 Kilowatt ist vergleichbar mit 40 Millionen Laserpointern, die in einem einzigen Strahl gebündelt sind.

Wissenschaftler mit Schutzbrille im Labor über eine Apparatur gebeugt

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 Strahlung in Lichtblitzen 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. Das ist vergleichbar mit den Einzelaufnahmen einer Kamera, nur mit millionenfach mehr Aufnahmen pro Sekunde.

Wer an ELBE beteiligt ist

Zwei Wissenschaftler vor einer langen, metallenen Röhre

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 des Bundesforschungsministeriums kamen den Hochschulgruppen alleine im Zeitraum von 2013 bis 2019 insgesamt 1,8 Millionen Euro für die Forschung und Entwicklung an ELBE zu Gute.

Was gerade an ELBE passiert

Braune Reifen in Reihe verkleiden eine metallene Röhre

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. Rund dreißig Forschungsgruppen kommen jährlich aus verschiedensten Fachdisziplinen nach Dresden, um 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.


Stand: Januar 2019

Quelle: https://fis-landschaft.de/materie/elbe/