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Tonnenschwere Geräte für Nanogramm

09.05.2012
Aufbau eines Helmholtz-SIMS-Netzwerks
Ultrapräzises Messgerät wandert von Potsdam nach Dresden

Ein gut gefederter Spezialtransporter lädt am Mittwoch, dem 09.05.2012, das tonnenschwere Sekundärionenmassenspektrometer (SIMS) des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ auf und bringt es zum Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Die beiden Helmholtz-Schwestereinrichtungen in Potsdam und Dresden beginnen damit eine enge Kooperation, die in Zukunft noch weitere Helmholtz-Forschungszentren und Universitäten umfassen soll.

Das Schwergewicht dient zur hochempfindlichen Messung von Leichtgewichten: Sekundärionenmassenspektrometrie ist eine der wichtigsten Mikromessmethoden in den Wissenschaften und wird zur Bestimmung der Konzentration von Spurenelementen eingesetzt. Zunächst werden Ionen im Vakuum auf die Oberfläche einer polierten Probe geschossen. Dabei wird von dieser Oberfläche Material abgetragen, das teilweise wieder ionisiert wird. Diese Sekundärionen untersucht man im Massenspektrometer. Die erreichte Nachweisgenauigkeit: Unter zwanzig Millionen Atomen findet das SIMS ein einzelnes heraus. Damit lassen sich beispielsweise winzigste Spuren von Edelmetallen bestimmen, mit denen die Entstehung von Lagerstätten erforscht werden kann. Diese Information hilft bei der Findung neuer Rohstoffvorkommen.

Das GFZ betreibt seit 1998 SIMS, hauptsächlich für die Bestimmung von Spurenelementkonzentrationen und Isotopenverhältnissen. Als Produkt dieser Arbeit sind bisher 86 hochrangige wissenschaftliche Publikationen erschienen, es gibt Kooperationen mit Partnern von allen sechs Kontinenten.

Das Gerät geht nach Dresden, weil es dort in neuer Umgebung zu neuen Höchstleistungen auflaufen kann: Das HZDR verfügt über ein Großgerät, einen Beschleuniger, der mit Mitteln der Europäischen Union (EFRE - Europäischer Fonds für regionale Entwicklung) gefördert wurde. An diese starke Energiequelle wird das SIMS angeschlossen. „Im kommenden Sommer wird das SIMS als Ionenquelle an unserem 6-MegaVolt-Beschleuniger installiert“, erklärt Professor Roland Sauerbrey, der Wissenschaftliche Direktor des HZDR. „Das Gerät kann in dieser neuen technischen Umgebung in Dresden um 10 bis 100 Mal empfindlichere Messungen durchführen, als in seinem früheren Leben in Potsdam, sehr wichtig für die Untersuchung von mineralischen Rohstoffen.“ Damit wird Dresden der erste Standort auf der Welt mit einem sogenannten Super-SIMS sein, der auf die Untersuchung natürlicher Ressourcen spezialisiert ist.

In Potsdam hört damit die SIMS-Forschung nicht auf. Im Winter wird ein neues Gerät angeliefert, etwa 10 Tonnen schwer und mit einer Länge von 6,5 Metern. Dazu muss die Außenfassade eines Gebäudes teilweise abgetragen werden, um das Gerät ins Labor zu bringen. „Im Frühjahr des nächsten Jahres planen wir die Wieder-Inbetriebnahme unseres SIMS-Labors. Die Isotopenmessungen werden dann etwa fünf Mal genauer und zehn Mal schneller als zuvor sein“, sagt Professor Reinhard Hüttl, Vorstandsvorsitzender des GFZ. „Damit wird das GFZ der vierte Standort in der EU mit einer solchen Messtechnologie für die Untersuchung von Gesteinsproben“.

Die beiden Helmholtz-Zentren bilden den Kristallisationspunkt für ein Netz von SIMS-Technologie innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft. Bereits 2013 wird ein weiteres Gerät im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig zur Untersuchung biologischer Prozesse in der menschlichen Umwelt aufgebaut.

Die recht hohe Investition an drei Helmholtz-Zentren soll natürlich effizient betrieben werden. Dazu ist eine Vernetzung auf Basis eines neuartigen Fernsteuerprotokolls im Aufbau, die es allen drei Partner-Zentren ermöglichen wird, das ganze Spektrum der SIMS-Technik einzusetzen. Das neue Kooperationskonzept wird bis 2015 vervollständigt, dann stehen die Geräte weltweit der Forschung zur Verfügung.

Franz Ossing | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.gfz-potsdam.de/

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