HZB baut Undulator für SESAME in Jordanien
Der APPLE II UE56 Doppelundulator erzeugt brillantes Licht mit variabler Polarisation. © HZB
Das Helmholtz-Zentrum Berlin baut einen APPLE II Undulator für die Synchrotron-Lichtquelle SESAME in Jordanien. Der Undulator wird an der Helmholtz- SESAME-Beamline (HESEB) eingesetzt, die von fünf Helmholtz-Zentren an SESAME aufgebaut wird. Die Helmholtz-Gemeinschaft investiert 3,5 Millionen Euro in das Projekt, das von DESY koordiniert wird.
SESAME steht für “Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East” und stellt brillantes Röntgenlicht für die Forschung zur Verfügung. Die Synchrotronstrahlungsquelle der dritten Generation wurde 2017 in Betrieb genommen. Ägypten, Iran, Israel, Jordanien, Pakistan, die palästinensischen Autonomiegebiete, die Türkei und Zypern kooperieren für dieses einzigartige Projekt, um Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem Nahen Osten Zugang zu einem der vielseitigsten Werkzeuge der Forschung zu gewährleisten. Bisher gibt es vier Strahlrohre an SESAME.
Neue Beamline für weiches Röntgenlicht
Nun wird SESAME ein fünftes Strahlrohr erhalten. Es soll „weiches“ Röntgenlicht im Energiebereich zwischen 70 eV und 1800 eV erzeugen. Dieses Röntgenlicht eignet sich besonders dafür, Oberflächen und Grenzflächen von unterschiedlichen Materialien zu untersuchen, bestimmte chemische und elektronische Prozesse zu beobachten oder Kulturschätze zerstörungsfrei zu analysieren. Das neue Strahlrohr wird als Helmholtz-SESAME Beamline (HESEB) von den Helmholtz-Zentren DESY (Federführung), Forschungszentrum Jülich, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) sowie Karlsruher Institut für Technologie (KIT) aufgebaut.
Der Undulator kommt vom HZB
Das Team um Dr. Johannes Bahrdt am HZB hat die Aufgabe übernommen, einen Undulator für das neue Strahlrohr zu konstruieren und in Betrieb zu nehmen. Undulatoren bestehen aus zwei sich gegenüberstehenden Anordnungen von Magneten, die die ultraschnellen Elektronenpakete zu einer wellenartigen Bewegung zwingen. Dabei geben die Elektronenpakete an jedem Umkehrpunkt der Welle Licht ab, das sich gegenseitig verstärkt, so dass ein laserartiger Strahl entsteht: das Synchrotronlicht. Johannes Bahrdt hat bereits mehrere Undulator-Typen entwickelt, darunter auch den APPLE II UE56-Undulator, der an BESSY II seit bald 20 Jahren sehr erfolgreich eingesetzt wird. Der APPLE II UE56 Doppelundulator erzeugt brillantes Licht mit variabler Polarisation, mit dem sich zum Beispiel magnetische Nanostrukturen untersuchen lassen. Für SESAME wird nun ein UE56-Modul komplett umgebaut, mit neuen Magneten versehen und auf den neuesten Stand der Technik gebracht. Dabei wird das Undulator-Team die Kollegen an SESAME ausbilden und später über eine Fernwartung unterstützen.
HZB und SESAME
Mit dem HZB verbindet SESAME eine lange Vorgeschichte: Denn im Herzen von SESAME stecken auch einige Beschleuniger-Komponenten aus BESSY I, der Vorgängerquelle von BESSY II, die 1998 abgebaut wurde. Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert die Helmholtz-SESAME-Beamline mit insgesamt 3,5 Millionen Euro. Das Projekt startet Anfang 2019 und soll in vier Jahren abgeschlossen werden.
- Schriftrollen aus buddhistischem Schrein an BESSY II virtuell entrolltIn der mongolischen Sammlung des Ethnologischen Museums der Staatlichen Museen zu Berlin befindet sich ein einzigartiger Gungervaa-Schrein. Der Schrein enthält auch drei kleine Röllchen aus eng gewickelten langen Streifen, die in Seide gewickelt und verklebt sind. Ein Team am HZB konnte die Schrift auf den Streifen teilweise sichtbar machen, ohne die Röllchen durch Aufwickeln zu beschädigen. Mit 3D-Röntgentomographie erstellten sie eine Datenkopie des Röllchens und verwendeten im Anschluss ein mathematisches Verfahren, um den Streifen virtuell zu entrollen. Das Verfahren wird auch in der Batterieforschung angewandt.
- Langzeittest zeigt: Effizienz von Perowskit-Zellen schwankt mit der JahreszeitAuf dem Dach eines Forschungsgebäudes am Campus Adlershof läuft ein einzigartiger Langzeitversuch: Die unterschiedlichsten Solarzellen sind dort über Jahre Wind und Wetter ausgesetzt und werden dabei vermessen. Darunter sind auch Perowskit-Solarzellen. Sie zeichnen sich durch hohe Effizienz zu geringen Herstellungskosten aus. Das Team um Dr. Carolin Ulbrich und Dr. Mark Khenkin hat Messdaten aus vier Jahren ausgewertet und in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials vorgestellt. Dies ist die bislang längste Messreihe zu Perowskit-Zellen im Außeneinsatz. Eine Erkenntnis: Standard-Perowskit-Solarzellen funktionieren während der Sommersaison auch über mehrere Jahre sehr gut, lassen jedoch in der dunkleren Jahreszeit etwas nach. Die Arbeit ist ein wichtiger Beitrag, um das Verhalten von Perowskit-Solarzellen unter realen Bedingungen zu verstehen.
- Natrium-Ionen-Batterien: Neuer Speichermodus für KathodenmaterialienBatterien funktionieren, indem Ionen zwischen zwei chemisch unterschiedlichen Elektroden gespeichert und ausgetauscht werden. Dieser Prozess wird Interkalation genannt. Bei der Ko-Interkalation werden dagegen sowohl Ionen als auch Lösungsmittelmoleküle in den Elektrodenmaterialien gespeichert, was bisher als ungünstig galt. Ein internationales Team unter der Leitung von Philipp Adelhelm hat nun jedoch gezeigt, dass die Ko-Interkalation in Natrium-Ionen-Batterien mit den geeigneten Kathodenmaterialien funktionieren kann. Dieser Ansatz bietet neue Entwicklungsmöglichkeiten für Batterien mit hoher Effizienz und schnellen Ladefähigkeiten. Die Ergebnisse wurden in Nature Materials veröffentlicht.