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Leistungsfähigste Laborröntgenkleinwinkelstreuanlage der Welt eingeweiht

19.11.2013
Die Röntgenbeugung gibt Aufschluss über den Aufbau von Kristallen, Nanoschichten und Molekülen. Wissenschaftler konnten damit unter anderem die DNA-Struktur entschlüsseln.
Am Forschungszentrum Jülich wurde heute ein entsprechendes Instrument mit dem Namen GALAXI eingeweiht. Nachdem Teile des Geräts jahrzehntelang am Hamburger Speicherring DORIS III im Einsatz waren, wurden sie am Forschungszentrum zur leistungsstärksten Laborröntgenkleinwinkelstreuanlage der Welt umgebaut. Jülicher Forscher wollen damit beispielsweise Effekte in neuen Datenspeicher-Materialien untersuchen. Externen Wissenschaftlern steht die Nutzung ebenfalls offen.

„GALAXI ermöglicht es, Untersuchungen im Labor durchzuführen, die bisher nur an Synchrotron-Großforschungsanlagen möglich waren“, so Prof. Sebastian M. Schmidt, Mitglied des Vorstandes des Forschungszentrums. Gegenüber üblichen Laborinstrumenten erreicht GALAXI – der Name steht für „Gallium Anode Low Angle X-ray Instrument“ – eine um mehr als zehnmal höhere Intensität und ein dreimal höheres Auflösungsvermögen. Über die Möglichkeiten von käuflichen Instrumenten hinaus ermöglicht es die Anlage, Nanostrukturen zu untersuchen, die sich auf festen oder flüssigen Oberflächen befinden: die Selbstorganisation magnetischer Nanokristalle etwa, einem möglichen Material für Datenspeicher der nächsten Generation, oder neuartige Beschichtungen für Kraftwerksturbinen.

„Um diese experimentellen Möglichkeiten zu erreichen, haben wir die derzeit leistungsstärkste käufliche Laborröntgenquelle mit einem eigens entwickelten und hier gebauten Diffraktometer sowie einem hochsensitiven Detektor kombiniert“, berichtet der Instrumentenverantwortliche Dr. Ulrich Rücker vom Jülicher Zentrum für Forschung mit Neutronen (JCNS). GALAXI ist insbesondere für die Untersuchung von Schichten aus Nanomaterialien konzipiert und wurde so gebaut, dass das Röntgenlicht in einem sehr flachen Winkel oder „streifend“ auf die Proben trifft und ebenso wieder austritt. So können diese Schichten mit GALAXI auch dann untersucht werden, wenn ihr Untergrund für Röntgenstrahlen undurchdringlich ist oder sie auf einer flüssigen Oberfläche schwimmen.

Ein Röntgen-Diffraktometer kann den Aufbau von festen und weichen Materialien analysieren. Es macht sich zunutze, dass die Wellenlänge von Röntgenlicht im Bereich eines Atomabstandes liegt. An den Nanostrukturen wird das Licht gebeugt, ähnlich wie Sonnenlicht an einem optischen Gitter. Im Alltag ist der auf winzige Strukturen beschränkte Effekt nur selten zu beobachten. Ein Beispiel ist das Reflexionsmuster auf CDs und DVDs. Die durch Röntgenbeugung entstehenden Muster erlauben Rückschlüsse auf den Aufbau der untersuchten Materialien. Dabei gilt: Je intensiver das verwendete Röntgenlicht, desto genauer die Messungen und umso geringere Mengen an Probenmaterial sind für die Untersuchungen nötig.

Ein Jülicher Team aus Forschern, Ingenieuren und Technikern des Jülicher Zentrums für Forschung mit Neutronen (JCNS), der institutseigenen Werkstatt, des Jülicher Zentralinstituts für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA-2) und der Arbeitsgruppe Instrumentierung, Prozessleittechnik (G-ELI) hat GALAXI selbst entworfen und gebaut. Kommerziell erhältlich sind solche Apparate nicht. Zentrale Komponenten des neun Meter langen Instruments, das sich über zwei benachbarte Räume erstreckt, waren bereits zuvor im Einsatz: von 1986 bis 2012 im viel genutzten Jülicher Diffraktometer JUSIFA am Speicherring DORIS III in Hamburg. Nachdem DORIS III seinen Betrieb eingestellt hatte, hat das Jülicher Team JUSIFA für den neuen Zweck umgebaut und erweitert.

GALAXI wird in Jülich an einer neuartigen Laborröntgenquelle der Firma Bruker AXS betrieben. Diese erzeugt mithilfe einer Flüssigmetallanode Röntgenlicht von einer mehr als zehnmal höheren Intensität als der abgeschaltete Speicherring (4x109 Photonen/Sekunde). Ein Detektor der Schweizer Firma DECTRIS sorgt für eine hochsensitive Messung der Ergebnisse. Er ist aus einer Million winziger Einzeldetektoren zusammengesetzt, was ein besonders gutes Signal-Rausch-Verhältnis ermöglicht.

Weitere Informationen:
Jülich Centre for Neutron Science/Peter Grünberg Institut – Bereich Streumethoden: http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-4/DE/Home/home_node.html
GALAXI-Webseite: http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-4/DE/Leistungen/Instrumente/instrumente_node.html

Ansprechpartner:
Dr. Ulrich Rücker, Forschungszentrum Jülich, Jülich Centre for Neutron Science – Streumethoden (JCNS-2), Tel. 02461 61-6896, E-Mail: u.ruecker@fz-juelich.de

Pressekontakt:
Angela Wenzik, Wissenschaftsjournalistin, Forschungszentrum Jülich,
Tel. 02461 61-6048, E-Mail: a.wenzik@fz-juelich.de


Das Forschungszentrum Jülich …
… betreibt interdisziplinäre Spitzenforschung und stellt sich drängenden Fragen der Gegenwart. Mit seinen Kompetenzen in der Materialforschung und Simulation und seiner Expertise in der Physik, der Nano- und Informationstechnologie sowie den Biowissenschaften und der Hirnforschung entwickelt es die Grundlagen für zukünftige Schlüsseltechnologien. Damit leistet das Forschungszentrum Beiträge zur Lösung großer gesellschaftlicher Herausforderungen in den Bereichen Energie und Umwelt, Gesundheit sowie Informationstechnologie. Das Forschungszentrum Jülich geht neue Wege in strategischen Partnerschaften mit Hochschulen, Forschungseinrichtungen und der Industrie im In- und Ausland. Mit mehr als 5.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern gehört es als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft zu den großen interdisziplinären Forschungszentren Europas.

Tobias Schlößer | Forschungszentrum Jülich GmbH
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

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