BESSY II mit zweiter Spur
Das Bild veranschaulicht am Beispiel einer Autobahn, wie sich die zweite Spur um die erste Spur herumwindet. Die Experimentatoren an den Beamlines könnten dann zukünftig entweder die dichte Folge von Lichtblitzen der ersten Spur nutzen oder aber die einzelnen Lichtblitze der zweiten Spur auswählen. © Heike Cords/HZB
Der Berliner Elektronenspeicherring BESSY II lässt sich auch zweispurig betreiben, zeigte das Beschleuniger-Team am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB): Durch raffinierte Einstellungen an den Magnetoptiken können die Physiker eine zweite Spur erzeugen, auf der zusätzliche Elektronenpakete zirkulieren und Lichtblitze an die Experimentierstationen abgeben. Die Nutzergemeinschaft könnte so in Zukunft nach Bedarf entweder Lichtblitze der einen oder der anderen Spur für ihr Experiment auswählen. Der neu entwickelte Modus konnte bereits stabil eingestellt werden und erste Tests an Experimentierstationen zeigen vielversprechende Resultate. Damit hat das HZB weltweit Neuland betreten und zugleich einen weiteren Meilenstein in Richtung des Zukunftsprojektes BESSY-VSR erreicht.
Stark vereinfacht könnte man die Elektronenbahnen in BESSY II mit einer Autobahn vergleichen, die bislang nur eine Spur hatte: Die Elektronenpakete im Speicherring entsprächen in diesem Bild Autokolonnen, die auf dieser Spur im Kreis fahren und an bestimmten Stellen ihre „Scheinwerfer“ aufblenden, um die Experimente an den Beamlines mit Lichtblitzen zu versorgen. Nun hat ein Team aus dem HZB-Institut für Beschleunigerphysik eine „zweite Spur“ erzeugt, auf der einzelne Elektronenpakete zirkulieren.
Perfekte Kontrolle
Durch besondere Einstellungen der Magnetoptik bildet sich neben der ersten stabilen Umlaufbahn im Speicherring eine zweite Spur aus, die sich um die erste Umlaufbahn herumwindet. „Wir können die Elektronenpakete dabei sehr gut kontrollieren und auf beiden Spuren quasi beliebige Füllmuster realisieren“, sagt Prof. Dr. Andreas Jankowiak, der das HZB-Institut für Beschleunigerphysik leitet. Als Füllmuster bezeichnen die Physiker die Anordnungen und Abstände zwischen den Elektronenpaketen; um im Bild der Autobahn zu bleiben, könnte ein Füllmuster zum Beispiel aus Wagenkolonnen oder aus einzelnen Autos in bestimmten Abständen bestehen.
Lichtpulse mit Pausen - ganz nach Bedarf
Perspektivisch wird diese Entwicklung das Angebot von BESSY II für die Nutzergemeinschaft deutlich erweitern, denn es gibt bereits heute schon etablierte Verfahren, um gezielt einzelne Lichtblitze auszuwählen. So könnte man mit der neuen Methode die Hauptspur mit Gruppen von Elektronenpaketen besetzen, die Lichtblitze in rascher Folge produzieren, während man auf der Zweitspur einzelne Elektronenpakete platzieren könnte; diese würden dann Lichtblitze mit Pausen erzeugen, was für manche Experimente ideal ist.
Ausblick BESSY-VSR
Andreas Jankowiak ergänzt: „Diese Entwicklung nützt uns unmittelbar auch für unser Upgrade-Projekt BESSY-VSR, dem Variablen Speicherring. Damit wollen wir künftig sowohl ultrakurze als auch längere Lichtblitze erzeugen, die man dann auf unterschiedliche Spuren setzen könnte“.
Zur Publikation auf der IPAC 2015:
- Batterieforschung mit dem HZB-RöntgenmikroskopUm die Kapazität von Lithiumbatterien weiter zu steigern, werden neue Kathodenmaterialien entwickelt. Mehrschichtige lithiumreiche Übergangsmetalloxide (LRTMO) ermöglichen eine besonders hohe Energiedichte. Mit jedem Ladezyklus wird jedoch ihre Kapazität geringer, was mit strukturellen und chemischen Veränderungen zusammenhängt. Mit Röntgenuntersuchungen an BESSY II hat nun ein Team aus chinesischen Forschungseinrichtungen diese Veränderungen erstmals experimentell mit höchster Präzision vermessen: Mit dem einzigartigen Röntgenmikroskop konnten sie morphologische und strukturelle Entwicklungen auf der Nanometerskala beobachten und dabei auch chemische Veränderungen aufklären.
- BESSY II: Neues Verfahren für bessere ThermokunststoffeUmweltfreundliche Thermoplaste aus nachwachsenden Rohstoffen lassen sich nach Gebrauch recyclen. Ihre Belastbarkeit lässt sich verbessern, indem man sie mit anderen Thermoplasten mischt. Um optimale Eigenschaften zu erzielen, kommt es jedoch auf die Grenzflächen in diesen Mischungen an. Ein Team der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden hat nun an BESSY II untersucht, wie sich mit einem neuen Verfahren aus zwei Grundmaterialien thermoplastische „Blends“ mit hoher Grenzflächenfestigkeit herstellen lassen: Aufnahmen an der neuen Nanostation der IRIS-Beamline zeigten, dass sich dabei nanokristalline Schichten bilden, die die Leistungsfähigkeit des Materials erhöhen.
- Wasserstoff: Durchbruch bei Alkalischen Membran-ElektrolyseurenEinem Team aus Technischer Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum Berlin, Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (IMTEK) und Siemens Energy ist es gelungen, eine hocheffiziente alkalische Membran-Elektrolyse Zelle erstmals im Labormaßstab in Betrieb zu nehmen. Das Besondere: Der Anodenkatalysator besteht dabei aus preisgünstigen Nickelverbindungen und nicht aus begrenzt verfügbaren Edelmetallen. An BESSY II konnte das Team die katalytischen Prozesse durch operando Messungen im Detail darstellen, ein Theorie Team (USA, Singapur) lieferte eine konsistente molekulare Beschreibung. In Freiburg wurden mit einem neuen Beschichtungsverfahren Kleinzellen gebaut und im Betrieb getestet. Die Ergebnisse sind im renommierten Fachjournal Nature Catalysis publiziert.