von FRANK FRICK
Früher nannten Wissenschaft und Fördergeber solche Anlagen wie die geplante Röntgenlichtquelle PETRA IV schlicht Großgeräte. Heute gelten sie als Forschungsinfrastruktur. Damit sind hohe Planungs-, Bau- und Betriebskosten und langfristige Weichenstellungen verbunden. Deshalb führte das Bundesforschungsministerium ein mehrstufiges Verfahren durch, um 35 Vorschläge nach ihrer Bedeutung zu bewerten. Mit veranschlagten Baukosten von rund 1,8 Milliarden Euro schaffte es PETRA IV in die Endauswahl, und im März 2026 empfahl der Wissenschaftsrat die baldige Umsetzung von drei Vorhaben, darunter PETRA IV.
Ab 2032 soll die Anlage mithilfe eines Synchrotrons – eines ringförmigen Elektronenbeschleunigers – hochbrillantes Röntgenlicht erzeugen. Die Ziffer IV steht dabei für die vierte Generation solcher Synchrotron-Röntgenquellen. Das ist nicht einfach eine von vielen Ausbaustufen, sondern steht für den Sprung an die Grenze des physikalisch Möglichen. Gut ein Dutzend solcher ultimativen Anlagen sind weltweit in Planung oder laufen bereits. PETRA IV wird nach Fertigstellung zu den leistungsstärksten gehören.
Damit lassen sich kleinste Strukturen, etwa in Batterien oder im Gehirn, dreidimensional und mit bisher unerreichter Detailgenauigkeit abbilden. Außerdem kann die Anlage schnelle zeitliche Veränderungen in der Nanowelt abbilden. Daher bezeichnen DESY und der Wissenschaftsrat PETRA IV bereits als „ultimatives 4D-Röntgenmikroskop“: 3D plus die Dimension Zeit. Die Anwendungen reichen von Energie und klimaneutraler Mobilität über Biotechnologie und Umwelt bis hin zur Informations- und Quantentechnologie.
Der Beschleunigerring von PETRA IV soll mit 2,3 Kilometern Umfang genauso groß bleiben wie der des Vorläufers PETRA III. Doch DESY plant, das Innenleben komplett zu erneuern. Dadurch verbessert sich die erzielte Auflösung um den Faktor 100 und die Brillanz des Strahls sogar 500-fach. Statt der bisherigen Elektromagnete sollen 4.000 Permanentmagnete die Elektronen noch präziser auf ihrer Kreisbahn halten. DESY will eine konventionelle Elektronenquelle einbauen, aber zusätzlich einen neuartigen Injektor testen. Ein Laser-Plasma-Beschleuniger könnte die Elektronen direkt in den Speicherring einspeisen und so die klassische Vorbeschleunigerkette ersetzen. Ultrakurze, extrem intensive Laserpulse erzeugen in einem Gasplasma sehr starke Beschleunigungsfelder und bringen so Elektronen auf engem Raum auf hohe Energien. Ein solcher Injektor würde Platz sparen und den Energieverbrauch der Anlage senken, muss aber seine Praxistauglichkeit erst noch beweisen.
