verschieden geformte Spiegel werden von einem Wissenschaftler im Staubschutzanzug gezeigt: Ein länglicher Spiegel von etwas über einem Meter Länge und gut 10cm Breite, ein kreisförmiger Spiegel mit ca. 30cm Durchmesser

Geschichte der ESRF

Synchrotronstrahlungsquellen

Erste Generation

Diagramm, in dem nach oben die Spitzenleuchtstärke von Röntgenstrahlungsquellen aufgetragen ist, nach rechts die Jahre seit 1880. Die Kurve beginnt links unten kurz nach 1890 mit den ersten Röntgenröhren und steigt dann mit den Synchrotronstrahlungsquellen der 1., 2. und 3. Generation (wie zum Beispiel ESRF) rasant an. Ganz oben rechts liegt die Spitzenleuchtstärke der modernen Freie-Elektronen-Laser, die alle anderen Anlagen um mehrere Größenordnungen übertriffen.
Die Entwicklung der Quellen für Röntgenstrahlung

Synchrotronstrahlung wurde experimentell erstmals 1947 nachgewiesen. Sie war anfänglich nicht mehr als ein unerwünschtes Abfallprodukt der Teilchenbeschleuniger für Elektronen, die deren maximal erreichbare Energie beschränkte. Höchste Energien waren in den 50er und 60er Jahren des vergangenen Jahrhunderts in der Kern- und Elementarteilchenphysik das Primat, nach dem praktisch alle Beschleuniger konzipiert wurden. Dennoch fanden sich bald Interessenten für die hochenergetische und intensive Röntgenstrahlung, die die auf eine gekrümmte Bahn gezwungenen Elektronen in einem Teilchenbeschleuniger aussenden. Erste Experimente, in Deutschland am DESY in Hamburg, ließen nicht lange auf sich warten.

Die Messungen bestätigten die theoretischen Modelle: Mit einer Synchrotronstrahlungsquelle kann ein sehr weiter Bereich des elektromagnetischen Spektrums abgedeckt werden. Zudem ist die Strahlung vor allem bei kurzen Wellenlängen viel intensiver als die jeder anderen Lichtquelle.

Zweite Generation

Den „parasitären“ Synchrotronstrahlungsquellen der ersten Generation folgte in den 70er und 80er Jahren eine zweite Generation, vor allem Speicherringe wie DORIS in Hamburg, die zwar weiterhin für die Teilchenphysik ausgelegt wurden, zugleich aber spezielle beamlines zur Erzeugung intensiver Röntgenstrahlung erhielten.

Dritte Generation

Luftaufnahme: Die ESRF ist ein helles kreisförmiges Gebäude, das sich in einer Stadt an der Mündung zweier Flüsse befindet.
ESRF: Ein kreisrundes Gebäude in Grenoble

Eine dritte Generation von Quellen, zu denen auch die ESRF gehört, bereicherte ab Mitte der 80er die Forschungslandschaft, nun nicht mehr als Sekundärnutzung eines Beschleunigers für die Kern- oder Elementarteilchenphysik, sondern in Form gezielt entwickelter hochbrillanter und vielseitiger Lichtquellen. Der entscheidende technologische Durchbruch, der den Bau dieser dritten Generation begründete, war die Entwicklung von „Undulatoren“ und „Wigglern“, die die Elektronen auf den geraden Strecken eines Speicherrings auf enge Slalombahnen zwingen und dem ausgesandten Röntgenstrahl laserartige Eigenschaften verleihen.

Europäische Kräftevereinigung

In Europa vereinbarten zwölf Staaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, Niederlande, Norwegen, Spanien, Schweden und die Schweiz) im Dezember 1988, ihre Kräfte für den Bau einer Quelle zu bündeln, die mit höchster Photonenenergien und einer dahin ungekannten Brillanz (Strahlintensität pro Fläche und Wellenlängeneinheit) einen Platz an der Weltspitze sichern sollte. Als Standort wurde Grenoble in Frankreich gewählt, wo die unmittelbare Nachbarschaft zum europäischen Forschungsreaktor ILL (Institut Laue-Langevin) Synergien durch Untersuchungen mit Neutronen möglich macht. Seit 1994 befindet sich auch eine Außenstelle des Europäischen Mikrobiologe-Labors EMBL (Hauptsitz in Heidelberg) auf dem gemeinsamen Gelände, so dass deren Wissenschaftler beide Einrichtungen unter optimalen Bedingungen nutzen können.

Der Speicherring der ESRF wurde in nur vier Jahren Bauzeit fertig gestellt und eine erste beamline 1994 für Nutzer geöffnet. Der Regelbetrieb auf allen 30 beamlines begann 1998. Die Anzahl der Nationen, die zum Budget der ESRF beitragen, wuchs seitdem auf 18, mit auch weiterhin steigender Tendenz.

Laufende Verbesserungen

Verschieden geformte Spiegel werden von einem Wissenschaftler im Staubschutzanzug gezeigt: Ein länglicher Spiegel von etwas über einem Meter Länge und gut 10cm Breite, ein kreisförmiger Spiegel mit ca. 30cm Durchmesser
Röntgenspiegel für die ESRF

Sowohl der Speicherring als auch die beamlines wurden im Laufe der Jahre den ständig wachsenden Anforderungen der Nutzer angepasst Mit der Anzahl der beamlines nahm deren Spezialisierung auf bestimmte wissenschaftliche Fragestellungen zu. Deshalb wurden beamlines zunehmend mit komplementären wissenschaftlichen Instrumenten bestückt, mit denen z.B. Proben gezielt präpariert oder charakterisiert werden können, oder aber um den Durchfluss der Proben zu beschleunigen und die Kapazität zu erhöhen.