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entdeckt_01_2013

entdeckt 01 .13 Titel WWW.Hzdr.DE sehr exakt bestimmen. „Kurzum lassen sich Defekte mit den EPOS-Positronen viel genauer analysieren als an anderen Anlagen“, fasst Reinhard Krause-Rehberg von der Martin- Luther-Universität in Halle zusammen, der EPOS maßgeblich mitentwickelt hat. Schnelle Prozessoren, effiziente Katalysatoren und widerstandsfähige Materialien Es gibt eine ganze Reihe Materialien, die für moderne Tech- nologien benötigt werden und deren Struktur mit Positronen erforscht und letztendlich auch verbessert werden kann. So ist Siliziumdioxid ein wesentlicher Bestandteil moderner Pro- zessoren in Computern. Allerdings lassen sich elektrische La- dungen in diesem Material nur schwer verschieben. Das aber bremst die Schaltprozesse enorm, die in einem Prozessor pausenlos und in sehr hoher Zahl stattfinden. Ein Prozessor wäre also deutlich schneller, wenn man die Dielektrizitätszahl senken könnte. Das wiederum erreichen Werkstoffwissen- schaftler, wenn sie winzige Löcher in das Material einbau- en, die einen Durchmesser von ungefähr einem millionstel Millimeter haben. So entsteht eine Art Mikroschwamm mit erheblich niedrigerer Dielektrizitätszahl. Und wieder lassen sich diese winzigen Löcher mit Positronen und deren Annihila- tion sehr gut untersuchen. In den für viele chemische Reaktionen extrem wichtigen Katalysatoren spielen Membranen eine entscheidende Rolle, die ebenfalls eine solche Mikroschwamm-Struktur haben. Allerdings funktionieren sie nur, wenn die winzigen Löcher miteinander verbunden sind, sodass Flüssigkeiten dort fließen können. Und erneut liefert der Positronen-Strahl von EPOS gute Analysen dieser Defekte, aus denen Wissenschaftler schließen können, ob die Membran ihre Aufgabe zuverlässig erfüllen wird. Die Energie der bei der Annihilation entstehenden Röntgen- blitze ist nicht immer exakt 511 keV. Trifft das Positron zum Beispiel auf ein Elektron, das um einen Atomkern kreist, hat dieses je nach Atomkern und Umlaufbahn eine exakt messba- re Energie. Diese Energie aber nehmen die Annihilationsblitze mit auf und bekommen so ein wenig andere keV-Werte. Mit diesem Unterschied zu den ursprünglichen 511 keV aber kön- nen die Forscher die Chemie in der Umgebung des Defekts analysieren und erhalten so weitere wertvolle Informationen über das untersuchte Material. EPOS könnte unter Umständen auch eine wichtige Rolle bei einer Energiequelle spielen, die Forscher schon seit vielen Jahren entwickeln, der Kernfusion. Dabei verschmelzen leichte Atomkerne zu schwereren und geben gleichzeitig riesige Energiemengen frei, die genutzt werden können. Noch tüfteln Wissenschaftler weltweit an den Grundlagen dieser Fusions- reaktion. Aber schon jetzt wissen sie, dass dabei sehr viele Neutronen entstehen. Diese relativ schweren Elementarteil- chen ohne elektrische Ladung aber schießen mit der Zeit Defekte in den Stahl eines solchen Reaktors. Dadurch aber können die Metallatome schlechter aneinander vorbeigleiten und der Stahl wird spröde, kann im Extremfall sogar brechen oder reißen. Mit den Positronen aus EPOS aber kann Andreas Wagner untersuchen, wie solche Defekte entstehen. Mit die- sem Wissen lässt sich ein Stahl entwickeln, der beim hohen Neutronenfluss in Fusionsreaktoren weniger schnell spröde wird und der viel länger hält. Die Positronen aus der ELBE-An- lage könnten so für die Entwicklung vieler in Zukunft wichtiger Materialien eine zentrale Rolle spielen. UNTER DIE LUPE: Die Anlage für Experimente mit Positronen im HZDR liefert den Wissenschaftlern Andreas Wagner (rechts) und Maik Butterling viel genauere Analysen als andere Positronenquellen. Foto: Frank Bierstedt Kontakt _Institut für Strahlenphysik im HZDR Dr. Andreas Wagner a.wagner@hzdr.de

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