Stärkster und reinster Neutronenstrahl der Welt

  • 14. February 2012

Garchinger Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM-II) verzeichnet zweifachen Weltrekord.

Der weltweit intensivste Neutronenstrahl wird an einem wissenschaftlichen Gerät der Forschungs-Neutronenquelle FRM-II der Technischen Universität München (TUM) erzeugt. Doch damit nicht genug: In der großen Wartungspause im Jahr 2011 wurde das Gerät, die Prompte Gamma Aktivierungs-Analyse (PGAA), so verbessert, dass es nun auch das weltweit beste Verhältnis des nutzbaren Neutronenstrahls zur störenden Untergrundstrahlung liefert. So kann nun auch bei sehr kleinen Proben, bis hinunter in den Milligrammbereich, die Elementarzusammensetzung bestimmt werden. Betrieben wird das Instrument von den Universitäten Köln und Bern.

Zsolt Revay (hinten) und sein Kollege Stefan Söllradl bestimmen elementare Zusammensetzung von Proben am PGAA

Zsolt Revay (hinten) und sein Kollege Stefan Söllradl bestimmen elementare Zusammensetzung von Proben am PGAA. (Bild: A. Heddergott, TUM)

Am PGAA aktivieren Neutronen die Atome von Proben, deren genaue Zusammensetzung untersucht werden soll. Die Methode ist so extrem genau, dass man bei antiken Silbermünzen sogar herausfinden kann, aus welchem Steinbruch das Erz für die Münze gewonnen wurde. Am PGAA kommen bis zu 60 Milliarden Neutronen pro Quadratzentimeter und Sekunde an. Das ist Weltrekord unter den wissenschaftlichen Instrumenten aller Forschungs-Neutronenquellen. Andere Instrumente haben fast um die Hälfte weniger Neutronen. „Wir benötigen diesen hohen Fluss zum Beispiel für sehr kleine Proben“, erklärt Petra Kudejova, verantwortliche Wissenschaftlerin am PGAA. „Das sind Proben ab etwa einem Milligramm Gewicht.“

„Bisher hatten wir zwar bereits den höchsten Neutronenfluss, jedoch auch eine hohe Untergrundstrahlung. Das ist Strahlung, die nicht direkt von der Probe, sondern von anderweitig gestreuten Neutronen kommt und die Messungen stört", fügt Dr. Zsolt Revay, ebenfalls Wissenschaftler am PGAA, hinzu, „Ein geringer Untergrund ist essentiell zur Untersuchung kleiner Proben, die mit Neutronen nur sehr schwach reagieren." Die große Wartungspause des FRM II in 2011 nutzte Revay mit seinem Team daher, um die Abschirmung am Instrument so zu ergänzen und umzubauen, dass er die störende Untergrundstrahlung auf ein Zehntel des ursprünglichen Wertes reduzieren konnte.

Mit dem PGAA analysieren die Forscher vor allem die Elementarzusammensetzung von Objekten. Bis zu einem Atom unter einer Million anderer Atome kann das Messgerät erkennen, so zum Beispiel geringste Mengen an Schadstoffen in einem Luftfilter. Auch ein magnetischer Meteorit mit einem Gewicht von weniger als einem Milligramm befand sich unter den Proben. Die Ergebnisse der Analyse helfen den Meteoriten genau einzuordnen. Damit ließ sich eine Theorie über einen meteoritischen Aufprall auf Nordamerika vor etwa 13.000 Jahren bestätigen, wegen dem die Mammuts ausstarben.

TUM / OD

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