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Neutronenforschung

Nur wenige Jahre nach der Entdeckung des Neutrons durch James Chadwick im Jahr 1932 haben Wissenschaftler beobachtet, dass Neutronen an Kristallen gebeugt werden können. Seit dieser Zeit haben sich die Neutronenstreumethoden als analytische Techniken stetig verbessert, so dass heute ein breites Spektrum an leistungsfähigen Methoden zur Verfügung steht, die detaillierte Informationen über die Eigenschaften und das Verhalten von fast allen Arten von Materialien liefern.

Neutronenforschung trägt zum wissenschaftlichen Fortschritt in vielen wissenschaftlichen Bereichen bei, wie z. B.:

  • Archäologie
  • Biologie und Biophysik
  • Chemie
  • Kondensierte Materie
  • Geowissenschaften
  • Magnetismus
  • Materialwissenschaften
  • Medizin
  • Teilchenphysik
  • Weiche Materie

Anwendungsbeispiele

Unter Belastung können sich in Metallen innere Spannungen so verstärken, dass es zu Rissen oder zu Brüchen kommt. Mit Neutronen können solche Spannungsbereiche aufgespürt werden, wie hier etwa in Eisenbahnschienen.

Die zum Aufspüren von Tumoren im Körper oder zur Behandlung von Gefäßerkrankungen benötigten Radioisotope werden an der Forschungs-Neutronenquelle erzeugt und im angeschlossenen industriellen Anwenderzentrum zu medizinischen Produkten weiterverarbeitet.

Mit Hilfe von Neutronen wurde in einem Halbleitermaterial eine bisher nicht bekannte Form von magnetischer Ordnung entdeckt; diese bietet eine Perspektive für schnellere, kleinere und energiesparendere Computer.

Mit Neutronen können die mechanischen Eigenschaften von Superlegierungen nahe dem Schmelzpunkt untersucht werden. Superlegierungen werden beispielsweise für Gasturbinen verwendet, deren Wirkungsgrad mit der Temperaturfestigkeit des Materials zunimmt.

Die zum Aufspüren von Tumoren im Körper oder zur Behandlung von Gefäßerkrankungen benötigten Radioisotope werden an der Forschungs-Neutronenquelle erzeugt und im angeschlossenen industriellen Anwenderzentrum zu medizinischen Produkten weiterverarbeitet.

Mittels Neutronen konnte gezeigt werden, dass es Proteine gibt, die sehr ohne Wasser funktionieren, was bisher nicht für möglich gehalten wurde. In Wundcremes und Wundpflastern könnten sie eines Tages zur schnellen Heilung beitragen.

Eine Durchleuchtung mit Neutronen löst das Rätsel um den Inhalt einer verschlossenen, antiken Amphore.

Noch fehlt den Batteriesystemen heutiger Elektroautos die Serienreife, doch mit Hilfe von Neutronen lassen sich die Vorgänge im Inneren einer Batteriezelle beobachten und diese optimieren.

Meilensteine und Nobelpreise auf dem Gebiet der Neutronenforschung

W. H. Bragg (1862 – 1942) und W. L. Bragg (1890 – 1971) W. H. Bragg (1862 – 1942) und W. L. Bragg (1890 – 1971) W. H. Bragg (1862 – 1942) und W. L. Bragg (1890 – 1971): Bragg Gleichung Nobelpreis 1915 (Fotos: The Nobel Foundation, www.nobelprize.org)
W. H. Bragg (1862 – 1942) und W. L. Bragg (1890 – 1971): Bragg Gleichung Nobelpreis 1915 (Fotos: The Nobel Foundation, www.nobelprize.org)

1913 Bragg’sche Gleichung:
Nobelpreis 1915
W. H. Bragg
(1862 – 1942)
W. L. Bragg
(1890 – 1971)

James Chadwick (1891 – 1974) James Chadwick (1891 – 1974) James Chadwick (1891 – 1974): Entdeckung des Neutrons: Nobelpreis 1935 (Foto: The Nobel Foundation, www.nobelprize.org)
James Chadwick (1891 – 1974): Entdeckung des Neutrons: Nobelpreis 1935 (Foto: The Nobel Foundation, www.nobelprize.org)

1932 Entdeckung des Neutrons:
Nobelpreis 1935
James Chadwick
(1891 – 1974)

Enrico Fermi (1901 – 1954) Enrico Fermi (1901 – 1954) Enrico Fermi (1901 – 1954): Beobachtung langsamer Neutronen: Nobelpreis 1938 (Foto: The Nobel Foundation, www.nobelprize.org)
Enrico Fermi (1901 – 1954): Beobachtung langsamer Neutronen: Nobelpreis 1938 (Foto: The Nobel Foundation, www.nobelprize.org)

1934 Beobachtung langsamer Neutronen:
Nobelpreis 1938
Enrico Fermi
(1901 – 1954)

Otto Hahn (1879 – 1968) Otto Hahn (1879 – 1968) Otto Hahn (1879 – 1968): Entdeckung der Kernspaltung: Nobelpreis 1944 (Foto: The Nobel Foundation, www.nobelprize.org)
Otto Hahn (1879 – 1968): Entdeckung der Kernspaltung: Nobelpreis 1944 (Foto: The Nobel Foundation, www.nobelprize.org)

1938 Entdeckung der Kernspaltung:
Nobelpreis 1944
Otto Hahn
(1879 – 1968)

Nicht ausgezeichent für ihren Beitrag:
Lise Meitner (1878 – 1968)
Otto Frisch (1904-1979)

Heinz Maier-Leibnitz (1911 – 2000) Heinz Maier-Leibnitz (1911 – 2000) Heinz Maier-Leibnitz (1911 – 2000): Entwicklung der Forschung mit Neutronen 1957 (Foto: TUM)
Heinz Maier-Leibnitz (1911 – 2000): Entwicklung der Forschung mit Neutronen 1957 (Foto: TUM)

1957 Entwicklung der Forschung mit Neutronen
Heinz Maier-Leibnitz
(1911 – 2000)

Bertram N. Brockhouse (1918 – 2003) and Clifford G. Shull (1915 – 2001) Bertram N. Brockhouse (1918 – 2003) and Clifford G. Shull (1915 – 2001) Bertram N. Brockhouse (1918 – 2003), links und Clifford G. Shull (1915 – 2001), rechts: Nobelpreis für die Entwicklung und Anwendung von Neutronenbeugungsmethoden zur Untersuchung von atomaren und magnetischen Strukturen in Festkörpern 1994 (Fotos: The Nobel Foundation, www.nobelprize.org)
Bertram N. Brockhouse (1918 – 2003), links und Clifford G. Shull (1915 – 2001), rechts: Nobelpreis für die Entwicklung und Anwendung von Neutronenbeugungsmethoden zur Untersuchung von atomaren und magnetischen Strukturen in Festkörpern 1994 (Fotos: The Nobel Foundation, www.nobelprize.org)

Entwicklung von Neutronen- streutechniken zur Untersuchung kondensierter Materie:
Nobelpreis 1994
Bertram N. Brockhouse (1918 – 2003)
Clifford G. Shull
(1915 – 2001)

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