Die neue Forschungs-Neutronenquelle FRM II

Neutronen für Wissenschaft, Medizin und Technik

06.03.2003, Pressemitteilungen

Neutronen machen etwa die Hälfte der uns umgebenden Materie aus: Sie sind die ladungsneutralen Bausteine der Atomkerne und können selbst dichte Materie durchdringen. Ebenso wie Licht haben auch Neutronen Wellencharakter. Wegen ihrer speziellen Wellenlänge sind sie ideal geeignet, den atomaren und molekularen Aufbau der Natur aufzuklären. Sie können als einzigartige Sonden eingesetzt werden, um in das Innere von Proben "hineinzuschauen": In Streuexperimenten treffen Neutronen auf eine zu untersuchende Probe und werden an den Atomen abgelenkt. Die räumliche Verteilung der gestreuten Neutronen sowie die bei der Streuung auftretende Energieänderung geben Auskunft über atomare Struktur und Dynamik in der Probe.

Neutronen machen etwa die Hälfte der uns umgebenden Materie aus: Sie sind die ladungsneutralen Bausteine der Atomkerne und können selbst dichte Materie durchdringen. Ebenso wie Licht haben auch Neutronen Wellencharakter. Wegen ihrer speziellen Wellenlänge sind sie ideal geeignet, den atomaren und molekularen Aufbau der Natur aufzuklären. Sie können als einzigartige Sonden eingesetzt werden, um in das Innere von Proben "hineinzuschauen": In Streuexperimenten treffen Neutronen auf eine zu untersuchende Probe und werden an den Atomen abgelenkt. Die räumliche Verteilung der gestreuten Neutronen sowie die bei der Streuung auftretende Energieänderung geben Auskunft über atomare Struktur und Dynamik in der Probe.

Untersucht werden beispielsweise Kunststoffe, bei denen man die schlangenartige Bewegung der langen Polymerketten beobachten kann. Wegen der besonderen Wechselwirkung von Neutronen mit Wasserstoffatomen können biologische Materialien besonderst gut untersucht und ihre Funktion auf molekularer Ebene entschlüsselt werden. In den Biowissenschaften werden Neutronen daher zunehmende Bedeutung gewinnen. Da Neutronen ein magnetisches Moment besitzen, sind sie - bildlich gesprochen - kleine "Probemagnete" mit denen man magnetische Strukturen untersuchen kann. Wir erwarten am FRM II entscheidende Ergebnisse zur Entwicklung noch dichterer magnetischer Speichermedien. Auch dem Verständnis der Supraleitung bei hohen Temperaturen, welches vermutlich eng verknüpft ist mit magnetischen Eigenschaften der in Frage kommenden Materialien, will man am FRM II mit Neutronenstreuexperimenten auf die Spur kommen.

Weil Neutronenstrahlen mühelos massive metallische Werkstücke durchdringen, werden wir am FRM II mittels Neutronentomographie völlig zerstörungsfrei das Innere von Werkstücken sichtbar machen. Das dient dem Nachweis von Korrosionsprodukten, Rissbildung und Materialhomogenität beispielsweise an Schienen oder Trägern. Aber auch komplexe Werkstücke wie etwa Motoren können während des Betriebes durchleuchtet werden. Wir erwarten die Ölschmierung der Kurbelwelle oder den Verbrennungsprozess in-situ am laufenden Motor ohne äußere Eingriffe sichtbar zu machen. Dies eröffnet völlig neue Perspektiven für die Ingenieurwissenschaften.

Neben den Streuexperimenten werden Neutronen am FRM II auch für Bestrahlungen eingesetzt. Durch Neutronen induzierte Kernreaktionen wandeln Elemente um. Diese Eigenschaft wird zur Entwicklung und Herstellung neuer Radiopharmaka oder extrem homogen dotiertem Silizium als Hochleistungsmaterial für die Halbleiterindustrie genutzt. Bei der Bestrahlung werden einige Siliziumatome radioaktiv und zerfallen rasch in stabilen Phosphor, der äußerst gleichmäßig in der Ausgangssubstanz verteilt ist. Mit Hilfe der so genannten Neutronen-Aktivierungsanalyse können zerstörungsfrei empfindlichste Elementanalysen durchgeführt werden. Im Rahmen der Umweltanalytik, der Lebensmittelkontrolle und einer Vielzahl von Anwendungen können Spuren aller chemischer Elemente einer Probe gleichzeitig, äußerst präzise und vor allem sehr schnell bestimmt werden. Am FRM II gibt es eine ganze Reihe von Bestrahlungseinrichtungen. Bestrahlungszeiten von Sekunden bis zu Tagen bei Probengrößen von einigen Mikrogramm bis zu einigen Kilogramm für Silizium-Einkristallblöcke sind möglich.

Ein wichtiges Arbeitsgebiet am FRM II wird die Bestrahlung von oberflächennahen Tumoren mit schnellen Neutronen im Rahmen der Krebstherapie sein. Sie war bereits seit 1985 am Atom-Ei sehr erfolgreich und soll am FRM II unter wesentlich verbesserten klinischen Bedingungen fortgesetzt werden. Die Anlage am FRM II ist einmalig und ein konkreter Beitrag zur Heilung von bestimmten Tumorerkrankungen.

Mit dem FRM II steht deutschen und internationalen Wissenschaftlern ein einmaliges Werkzeug für moderne Materialwissenschaften zur Verfügung. Wegen des hohen Neutronenflusses der Quelle, den sehr brillanten Neutronenstrahlen und der modernen Instrumentierung ist der FRM II ein Spitzeninstrument. Einige seiner Experimentiereinrichtungen sind weltweit einzigartig, von anderen erwarten wir, die intensivsten und besten ihrer Art sein. Mit Beginn des Routinebetriebs sind 19 Experimentiereinrichtungen gleichzeitig mit dem FRM II einsatzbereit. Etwa 70% der Nutzung werden der Grundlagen- und angewandte Forschung vorbehalten, 30 % werden industriellen bzw. kommerziellen Anwendungen dienen. Der FRM II hat auf dem Forschungscampus Garching im Münchner Norden ein ideales, interdisziplinäres Umfeld und steht als Zentrale Wissenschaftliche Einrichtung der Technischen Universität München internationalen Wissenschaftlern aus allen Fachgebieten offen. Forscher verschiedener Universitäten aus ganz Deutschland haben die Experimentiereinrichtungen am FRM II aufgebaut. Auch die Max-Planck-Gesellschaft und die Helmholtz-Gesellschaft bauen und betreiben Experimente am FRM II.

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