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entdeckt 01/2014

entdeckt 01.14 TITEL WWW.Hzdr.DE Rossendorf – bei der Analyse von Energiematerialien oder auf der Suche nach kostbaren Rohstoffen. Seltene Erden sind solche begehrten Elemente. Es gibt jedoch Stoffe, die für die Forscher von ebenso großem Interesse sind: Ultraspuren- und Pfadfinder-Elemente. Blei und Bismut sind bekannte Vertreter dieser beiden Gruppen. Auch in kleinsten Konzentrationen liefern sie Hinweise auf die Bildung von Lagerstätten und das Vorkommen von Rohstoffen. „Genau hier setzt unser Sekundärionen-Massenspektrometer (SIMS) an“, sagt der Leiter der Arbeitsgruppe Ionenstrahlanalytik, Axel Renno, und fügt hinzu: „Kennen wir ihren Gehalt in den Erzen und wissen, wie sie gebunden sind, dann können wir die Rohstoffsuche effizienter und die Aufbereitung umweltfreund- licher gestalten.“ Das SIMS ist ein Ungetüm aus Metall, Schrauben und zahl- losen Kabeln, das von einem sogenannten „Haus im Haus“ – einer Art Container – umgeben ist, welches das SIMS vor äußeren Temperaturschwankungen und elektromagnetischer Strahlung schützt. Ein vom übrigen Gebäude entkoppeltes, tonnenschweres Fundament aus Gabbro – einem magmati- schen Gestein – sorgt dafür, dass auch minimale Erschütte- rungen keine Auswirkung auf seine Arbeit haben. Auf die Masse kommt es an Im luftleeren Inneren des SIMS bombardiert ein Cäsium- Ionenstrahl die polierte Oberfläche einer Probe. Die Teilchen des Ionenstrahls fräsen sich in die oberste Schicht des Materials und sprengen negativ geladene Ionen aus seiner Struktur. Daher sind es auch „Sekundär-Ionen“, deren Masse der Detektor am Ende aufspürt. Diese Art der Massenspek- trometrie ist eine der wichtigsten Mikromessmethoden und an sich sehr effizient, durch das Auftreten von Masseninterfe- renzen jedoch nicht immer ausreichend genau, um den Gehalt der Elemente möglichst exakt zu bestimmen. Grund dafür ist, dass nicht nur einfache Atom-Ionen aus der Probe geschlagen werden. Der Detektor erfasst außerdem Molekül-Ionen mit identischer Masse. Mit Beschleuniger zu neuen Höchstleistungen Deswegen koppeln Wissenschaftler und Techniker aus dem HIF, dem Ionenstrahlzentrum und der Forschungstechnik das SIMS an den Tandembeschleuniger im HZDR. Aus dem SIMS wird so ein Super-SIMS. Bald sind die Vorbereitungen abgeschlossen. Wenn alles klappt, nehmen die Leichtgewichte dann richtig Fahrt auf. Mit nahezu halber Lichtgeschwindigkeit rasen sie durch das Vakuum des Beschleunigers; hinein in einen mit dem Edelgas Argon gefüllten Bereich, in dem sie ei- nige ihrer Hüllenelektronen abstreifen. Dadurch zerfallen alle noch existierenden Molekül-Ionen und werden als Atom-Ionen weiter in Richtung Detektor beschleunigt. Diese Methode ist so empfindlich, dass man in kürzester Zeit ein einzelnes schwarzes Sandkorn in der mit weißem Sand gefüllten Dresd- ner Frauenkirche finden könnte. Geht es nach den drei Helmholtz- Schwesterzentren Dresden-Rossendorf, Leipzig und Potsdam, dann ist das Su- per-SIMS zukünftig Teil eines einzigar- tigen Netzwerks von mikroanalytischen Geräten auf Basis eines neuartigen Fernsteuerprotokolls. Ihr Vernetzungs- projekt SIMGA soll Wissenschaftlern weltweit den Zugang zu einem kom- plexen System von SIMS-Technologien ermöglichen. Das langfristige Ziel ist es, die Analyse von geologischen, biologi- schen und umweltrelevanten Materiali- en noch effektiver zu gestalten. Kontakt _Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie am HZDR Dr. Axel Renno a.renno@hzdr.de UNTER BESCHUSS: Über eine Vorkam- mer wird die Probe in die Hauptkammer eingeschleust und im Ultrahochvakuum mit Cäsium-Ionen beschossen.

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