entdeckt_01_2016 - Das verräterische Leuchten der Minerale

entdeckt 01.16 TITEL WWW.HZDR.DE // Laser halten als Forschungswerkzeuge auch in der Rohstofferkundung Einzug. Geografin Margret Fuchs will mit ihnen Metalle schnell und berührungslos erkennen, aber auch effizient gewinnen. Unterstützung bekommt sie dafür von der TU Bergakademie Freiberg. Wenn Margret Fuchs die schwere Metalltür zu ihrem Arbeits- platz hinter sich schließt, verabschiedet sie sich jedes Mal für Stunden von der Außenwelt: Die junge HZDR-Wissenschaftle- rin mit dem hellbraunen Lockenkopf experimentiert in beinahe völliger Dunkelheit. Über einen fensterlosen Vorraum betritt sie vorsichtig das abgedunkelte Labor. Nachdem sich ihre Au- gen an die Umgebung gewöhnt haben, umrundet sie geschickt die Umrisse eines Versuchsaufbaus. Mit dem Kegel ihrer Ta- schenlampe tastet sie über einen UV-Laser, betätigt dann den Schalter und schickt damit unzählige Photonen durch einen Laserparcours. Augenblicklich erscheint an dessen Ende ein sandkorngroßer Punkt: ein Miniaturkristall, den der UV-Laser zum Leuchten anregt. Dass gewisse Materialien die Eigenschaft besitzen, kurzlebiges Licht zu emittieren, sobald sie einer bestimmten Lichtquelle ausgesetzt sind, kennen viele im Alltag aus Einkaufszentren. Dort schieben Kassierer Geldscheine unter UV-Lampen, um echte Banknoten von Fälschungen zu unterscheiden. Das ge- lingt, weil den echten Geldscheinen schon bei der Herstellung fluoreszierende Fäden beigemischt werden, die unter Schwarz- licht bunt aufleuchten. Margret Fuchs, die seit 2015 am zum HZDR gehörenden Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcen- technologie (HIF) arbeitet, will das physikalische Phänomen nutzen, um Seltene Erden aufzuspüren. Dabei handelt es sich um eine Gruppe von 17 Metallen, wie zum Beispiel Cerium, Neodym oder Lanthan, die die moderne Hightech-Industrie für den Bau von Bildschirmen oder extrem starken Magneten benötigt. Anders als der Name suggeriert, sind Seltene Erden in der Erdkruste recht häufig anzutreffen. Doch im Gegensatz zu anderen Erzen liegen sie dort meist fein verteilt und selten hochkonzentriert vor, weshalb sich Erkundung und Abbau der Hightech-Metalle oft so schwierig gestalten. Zerstörungsfrei erkunden Grundlage für das neue Erkundungsverfahren ist die laserin- duzierte Fluoreszenzspektroskopie (LIF). Dabei regt Margret Fuchs Minerale mit Lasern unterschiedlicher Wellenlänge an: vom ultravioletten bis hin zum infraroten Bereich. Von Natur aus fluoreszieren aber nicht alle Minerale. Für die Leucht- erscheinung sorgen meist Verunreinigungen im Kristallgitter durch Fremdatome – etwa die von Seltenen Erden. Deswegen eignet sich die Fluoreszenz-Methode auch besonders gut für den Nachweis solcher Metalle. In dem Moment, in dem der Laser ein Fremdatom anregt, springen die darin enthaltenen Elektronen vom energetischen Grundzustand immer wieder auf ein höheres Energieniveau und zurück. Dabei wird Licht mit einem charakteristischen Emissionsspektrum freige- setzt, das von einer speziellen Kamera gemessen wird. „Das Spektrum ist ähnlich einzigartig wie der Fingerabdruck eines Menschen“, erklärt Margret Fuchs. Zukünftig soll ein Scanner entwickelt werden, der diesen Fingerabdruck an Gesteins- oberflächen von Bohrkernen oder Lagerstätten sichtbar machen soll. Anders als gängige Erkundungsmethoden, die gewöhnlich auf umfassende chemische und physikalische Analysen angewiesen sind, sollen natürliche Seltenerd- Vorkommen so zerstörungsfrei und damit auch schneller aufgespürt werden. Die LIF-Forschung ist Teil einer ganzen Reihe „sanfter“ Erkun- dungsmethoden, an deren Entwicklung und Einsatz das Frei- berger Institut derzeit beteiligt ist. So gibt zum Beispiel eine Flugsonde, die unterhalb eines Hubschraubers angebracht ist, Sendesignale in bestimmten Messfrequenzen an den Unter- grund ab. Dort rufen die Signale elektrische Felder hervor, die die Sonde anschließend wieder empfängt. Daraus bestimmen _TEXT . Tina Schulz DAS VERRÄTERISCHE LEUCHTEN DER MINERALE Foto: Detlev Müller

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