Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bilder machen mit Protonen

18.06.2014

Erste Experimente mit dem Protonenmikroskop bei GSI

Am Ringbeschleuniger der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt wurde im April 2014 erstmals eine Anlage zur Mikroskopie mit Protonen in Betrieb genommen. Protonen sind neben den Neutronen die Bausteine, aus denen Atomkerne aufgebaut sind.


Der Mikroskopie-Aufbau PRIOR am GSI-Beschleuniger durchleuchtet Objekte mit Protonen.

D. Varentsov, GSI


Die Armbanduhr (links) wurde mit Protonen durchleuchtet. Das erzeugte Bild (rechts) zeigt deutlich den Aufbau der Uhr mit der Batterie und dem Quarz-Kristall. Auch die Zeiger sind erkennbar.

PRIOR, GSI

Ähnlich wie Röntgenstrahlen können auch Protonen dazu genutzt werden, Objekte zu durchleuchten und damit Bilder zu erzeugen. Sie können sogar heiße, dichte Materie durchdringen, die mit Licht oder Röntgenstrahlen nicht untersucht werden kann. In Zukunft soll die Technologie an der Beschleunigeranlage FAIR genutzt werden.

Forscher einer internationalen Kollaboration der GSI, der Technischen Universität Darmstadt, des Los Alamos National Laboratory (LANL), Los Alamos, USA, und des Instituts für Theoretische und Experimentelle Physik (ITEP), Moskau, Russland haben das Protonenmikroskop PRIOR (Proton Microscope for FAIR) gemeinsam aufgebaut. Für die ersten Experimente verwendeten sie einen Protonenstrahl, der mit der GSI-Beschleunigeranlage auf eine Energie von 4,5 Gigaelektronenvolt beschleunigt wurde (das entspricht etwa 98 Prozent Lichtgeschwindigkeit).

Eine spezielle Anordnung aus vier Quadrupolmagneten diente als Optik, ähnlich den Glaslinsen in einem herkömmlichen Mikroskop. Sie fokussierte den Protonenstrahl, um das im Strahl befindliche Objekt vergrößert abzubilden. So durchleuchteten die Wissenschaftler unterschiedliche Gegenstände wie verschieden dicke Drähte oder eine Armbanduhr aus komplexen Einzelteilen.

Mit diesem Messaufbau gelang es Objekte und Objektstrukturen bis zu einer Größe von 40 Mikrometern aufzulösen. Damit erreichte die Anlage PRIOR an der GSI bereits bei der Inbetriebnahme vergleichbare Auflösungen wie die besten bestehenden Anlagen in den USA oder Russland.

Die Forscher wollen die Auflösung in weiteren Experimenten dieses Jahr auf bis zu zehn Mikrometer verbessern. Ein weiteres Ziel ist die Aufzeichnung von Bildsequenzen von sich bewegenden Objekten. Beispielsweise sollen im Juli dieses Jahres dünne Drähte durch eine starke Stromentladung explosionsartig verdampft und diese sogenannte Plasmaexpansion mit dem Protonenstrahl untersucht werden.

Protonen durchdringen heiße, dichte Materie, die auch als Plasma bezeichnet wird. Ihr gilt das eigentliche Interesse der Forscher, denn man kann sie in Sternen oder Gasplaneten wie dem Jupiter finden. Im Labor sind solche Materiezustände kurzzeitig beispielsweise mit Lasern oder starken elektrischen Entladungen erzeugbar. Da Protonen im Gegensatz zu Strahlungsarten wie Licht oder Röntgenstrahlung diese Materie durchdringen können, bietet das Protonenmikroskop PRIOR einzigartige Untersuchungsmöglichkeiten.

"Neben der Erforschung der Vorgänge im Weltraum hat die Technik auch ganz praktische Anwendungen", erklärt Dr. Dmitry Varentsov aus der GSI-Abteilung "Plasmaphysik-Detektoren". "Man könnte beispielsweise laufende Motoren durchleuchten oder sogar Diagnostik und Therapie von Tumoren damit machen. Alle diese Ansätze möchten wir verfolgen." In Vorläuferexperimenten zur Krebsdiagnostik und -therapie mit Protonen am Aufbau in Los Alamos war es den Forschern bereits im Jahr 2013 gelungen, ein Protonenbild einer Maus zu erstellen.

Eine wichtige Rolle wird die Protonenmikroskopie auch an der Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) spielen, die gerade in internationaler Zusammenarbeit gebaut und an die bestehende GSI Beschleunigeranlage angeschlossen wird. Dort werden noch energiereichere Protonen zur Verfügung stehen und die Experimentiermöglichkeiten für PRIOR erweitern. Nach der Fertigstellung von FAIR soll das Protonenmikroskop dorthin umziehen.

Weitere Informationen:

https://www.gsi.de/start/aktuelles/detailseite/datum/2014/06/12/bilder-machen-mi...

Dr. Ingo Peter | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Stabile Quantenbits
08.12.2017 | Universität Konstanz

nachricht Neue Erscheinungsform magnetischer Monopole entdeckt
08.12.2017 | Institute of Science and Technology Austria

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Im Focus: Realer Versuch statt virtuellem Experiment: Erfolgreiche Prüfung von Nanodrähten

Mit neuartigen Experimenten enträtseln Forscher des Helmholtz-Zentrums Geesthacht und der Technischen Universität Hamburg, warum winzige Metallstrukturen extrem fest sind

Ultraleichte und zugleich extrem feste Werkstoffe – poröse Nanomaterialien aus Metall versprechen hochinteressante Anwendungen unter anderem für künftige...

Im Focus: Geburtshelfer und Wegweiser für Photonen

Gezielt Photonen erzeugen und ihren Weg kontrollieren: Das sollte mit einem neuen Design gelingen, das Würzburger Physiker für optische Antennen erarbeitet haben.

Atome und Moleküle können dazu gebracht werden, Lichtteilchen (Photonen) auszusenden. Dieser Vorgang verläuft aber ohne äußeren Eingriff ineffizient und...

Im Focus: Towards data storage at the single molecule level

The miniaturization of the current technology of storage media is hindered by fundamental limits of quantum mechanics. A new approach consists in using so-called spin-crossover molecules as the smallest possible storage unit. Similar to normal hard drives, these special molecules can save information via their magnetic state. A research team from Kiel University has now managed to successfully place a new class of spin-crossover molecules onto a surface and to improve the molecule’s storage capacity. The storage density of conventional hard drives could therefore theoretically be increased by more than one hundred fold. The study has been published in the scientific journal Nano Letters.

Over the past few years, the building blocks of storage media have gotten ever smaller. But further miniaturization of the current technology is hindered by...

Im Focus: Successful Mechanical Testing of Nanowires

With innovative experiments, researchers at the Helmholtz-Zentrums Geesthacht and the Technical University Hamburg unravel why tiny metallic structures are extremely strong

Light-weight and simultaneously strong – porous metallic nanomaterials promise interesting applications as, for instance, for future aeroplanes with enhanced...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Papstar entscheidet sich für tisoware

08.12.2017 | Unternehmensmeldung

Natürliches Radongas – zweithäufigste Ursache für Lungenkrebs

08.12.2017 | Unternehmensmeldung

„Spionieren“ der versteckten Geometrie komplexer Netzwerke mit Hilfe von Maschinenintelligenz

08.12.2017 | Biowissenschaften Chemie