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entdeckt_01_2013

Titel// Das Forschungsmagazin aus dem HZDR WWW.Hzdr.DE 06 07 Weil sich aber entgegengesetzte elektrische Ladungen anzie- hen, werden Positronen von der leichten negativen Ladung der Defekte angesaugt. Sind die Positronen erst einmal im Defekt gelandet, stoßen die positiv geladenen Atomkerne in der Umgebung die winzi- gen, ebenfalls positiv geladenen Positronen ab und kapseln sie so ein. Ewig dauert diese Gefangenschaft allerdings nicht. Trifft das Positron nämlich auf ein Elektron, ist das Schicksal der beiden entgegengesetzt geladenen, aber sonst weitge- hend gleichen Elementarteilchen besiegelt: Sie lösen sich in zwei oder drei gewaltige Energieblitze auf, die als harte Strahlung in verschiedene Richtungen mit Lichtgeschwindig- keit davon sausen. „Diese gegenseitige Vernichtung nennen wir Annihilation“, erklärt Andreas Wagner. Lebenserwartung von Positronen Der Physiker interessiert sich allerdings weniger für die Energie der Vernichtungsblitze, die ohnehin mit jeweils 511 Kilo-Elektronenvolt (keV) bei zwei entstehenden Blitzen längst bekannt ist. „Wir analysieren dagegen die Lebensdauer der Positronen, also die Zeit zwischen deren Entstehung und der Annihilation“, erläutert Andreas Wagner. Diese Lebenserwar- tung liegt häufig zwischen einem Zehntel und einem Hun- dertstel einer Milliardstel Sekunde und hängt sehr stark von den Defekten im Material ab: Wie sehen diese genau aus und wie viele von ihnen gibt es? Daher verrät eine genaue Unter- suchung der Zeitverteilung bis zur Zerstrahlung der Positronen den Wissenschaftlern einiges über die Defekte. So entpuppen sich die Positronen als gutes Mittel, mit dem man Leerstellen und andere Defekte zwar nicht sehen, aber immerhin hervor- ragend analysieren kann. Wo aber kommen die Positronen her, die von der EPOS-Anlage im HZDR geliefert werden? Einen wichtigen Hinweis gibt bereits die Abkürzung, die für „ELBE Positron Source“, also für „Positronen-Quelle am Elektronen-Linearbeschleuniger für Strahlen hoher Brillanz und niedriger Emittanz (ELBE)“ steht. Trifft dieser Elektronenstrahl auf festes Material, werden die winzigen Teilchen dort gebremst. Dabei geben sie Energie ab, die wiederum als Röntgenstrahlung frei wird. Genau umge- kehrt wie bei der gegenseitigen Vernichtung von Positronen und Elektronen, bei der zwei Röntgenblitze entstehen, kann im luftleeren Raum aus einem winzigen Quantenpaket dieser Bremsstrahlung ein Paar aus einem Elektron und einem Positron entstehen. Das klappt aber nur, wenn in der Nähe ein Atomkern den Impuls dieses Röntgenquants aufnimmt: Am HZDR übernimmt ein Blech aus Wolfram diese Aufgabe. Der so entstandene Positronen-Strahl besteht genau wie der ELBE-Elektronenstrahl aus kurzen Pulsen, die zwischen fünf und zehn billionstel Sekunden lang sind und die im Vergleich mit anderen Positronenquellen extrem scharf abgegrenzt sind. Dadurch aber kennen die Forscher die Entstehungszeit der Positronen sehr genau und können so auch deren Lebensdauer SCHWESTERTEILCHEN: Positronen sind fast wie Elektro- nen, statt negativ allerdings positiv elektrisch geladen. Sie werden von überschüssigen Elektronen in Materialdefekten angezogen und sind so ein ideales Werkzeug, um Defekte zu analysieren. Foto: Frank Bierstedt

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