7,6 Millionen Euro für Forschung mit Neutronen und Positronen

Von der Defektanalyse in Halbleitern mit Positronen bis hin zur Krebstherapie mit Neutronen: Zehn wissenschaftliche Projekte am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) werden mit rund 7,6 Millionen Euro vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert.

Fünf Projekte haben Forscherinnen und Forscher der Technischen Universität München eingeworben, weitere fünf stammen von anderen Universitäten, die mit ihren Wissenschaftsteams ihre Expertise am MLZ einbringen.

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Die Förderung startete Anfang Januar 2026 bzw. bei einigen Projekten bereits im Jahr 2025 im Rahmen des sogenannten ErUM-Pro Programmes für jeweils drei Jahre. ErUM steht für die „Erforschung von Universum und Materie“ und fördert naturwissenschaftliche Grundlagenforschung. „Wir freuen uns, dass wir unsere wissenschaftlichen Instrumente weiter ausbauen und so die Zeit ohne Neutronen aus dem FRM II weiterhin sinnvoll nutzen können. Beim Wiederanfahren werden wir unseren Gastforschenden neue Messoptionen in einem international einzigartigen Portfolio anbieten“, sagt Prof. Christian Pfleiderer, Wissenschaftlicher Direktor der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) und am MLZ.

20210614 BL 5701 kl NEPOMUCs fünffach-Schalter in der Experimentierhalle. © Bernhard Ludewig, FRM II / TUM

NEPOMUCs fünffach-Schalter in der Experimentierhalle. © Bernhard Ludewig, FRM II / TUM

Sechs Projekte an Positronenquelle

Prof. Dr. Christoph Hugenschmidt von der TUM freut sich, dass gleich sechs Projekte und insgesamt knapp 4,7 Mio. Euro der NEPOMUC, der weltweit intensivsten Positronenquelle am FRM II, zugutekommen.

Ein Projekt ersetzt die über 20 Jahre alten Anger-Kameras durch neue Detektoren an NEPOMUC. So kann man die Zerstrahlungsphotonen nicht nur effizienter, sondern auch mit dreimal höherer Ortsauflösung messen. Die Analyse der auf diese Weise gemessenen Winkel erlaubt im Anschluss die präzise Bestimmung der Impulsverteilung der Elektronen. „Mit dem Positronenstrahl wird so die elektronische Struktur der Oberfläche, dünner Schichten und im Volumen einer Probe gemessen“, erklärt Christoph Hugenschmidt.

Christoph Hugenschmidt ist außerdem zuständig ist für das Projekt SuSpect (Surface Spectrometer). „Um an ein und derselben Probenoberfläche Struktur und Elementkonzentration zu messen, ist die Verheiratung zweier eigenständigen Messmethoden im Ultrahochvakuum notwendig“, sagt er. Im Projekt SuSpect soll genau diese Herausforderung technisch umgesetzt werden.

20210614 BL 5717 kl Die Positronen-Instrumente im Jahr 2021 – noch in der Experimentierhalle. Sie werden derzeit in die Neutronen-Leithalle Ost verlegt. © Bernhard Ludewig, FRM II / TUM

Die Positronen-Instrumente im Jahr 2021 – noch in der Experimentierhalle. Sie werden derzeit in die Neutronen-Leithalle Ost verlegt. © Bernhard Ludewig, FRM II / TUM

Defekte möglichst präzise ermitteln

Drei weitere Positronen-Projekte unterstehen der Leitung der Universität der Bundeswehr (UniBw) München. So plant Dr. Werner Egger Entwicklung und Aufbau eines gepulsten Positronenstrahlsystems (L-PLEPS), das nicht nur der Forschung, sondern auch der Industrie zur Untersuchung von Defekten in dünnen Schichten von Halbleitern, Isolatoren, Polymeren und Membranen zugänglich sein soll. „L-PLEPS wird im nächsten Jahrzehnt die weltweit fortschrittlichste Plattform sein, die die Identifizierung und Charakterisierung von Strahlenschäden in Materialien für Fusionsreaktoren mit beispielloser Geschwindigkeit und Qualität ermöglicht“, freut sich Werner Egger.

Bis auf den Mikrometer genau kann das Rasterpositronenmikroskop Defektverteilungen in Proben feststellen. Projektleiter Prof. Dr. Günther Dollinger von der UniBw München erklärt: „Unser Ziel ist es, die Auflösung und Leistungsfähigkeit des Rasterpositronenmikroskops am NEPOMUC durch eine Reihe von Upgrades erheblich zu verbessern.“ Rund 600 Tsd. Euro Fördergelder ermöglichen diese Weiterentwicklung.

Positronen des NEPOMUC spielen außerdem die zentrale Rolle für das Verbundprojekt „PosiLac“ unter der Leitung von Dr. Michael Mayerhofer der UniBw München und Dr. Robert Heine der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Die Fördermittel von insgesamt rund 1,5 Millionen Euro werden in den 3D-Druck eines Hochfrequenzresonators investiert. Mithilfe des Resonators kann die Energie von Positronen deutlich erhöht werden und das wiederum ermöglicht die präzise Untersuchung von Materialdefekten in noch tieferen Schichten. „Das Projekt erweitert das Anwendungsspektrum der Positronenlebensdauer-Spektroskopie auf ein breiteres Forschungsgebiet: Das Untersuchen tiefliegender Materialfehler ist oft Voraussetzung für die Entwicklung leistungsfähiger Materialien. Das wird nun auch möglich sein“, sagt Michael Mayerhofer.

20230329 FRM2 AE -2548 RESEDA Copyright Astrid Eckert FRM II TUM Johanna Jochum und Lukas Beddrich bei der Arbeit als Instrumentenwissenschaftler. © Astrid Eckert, FRM II/ TUM

Johanna Jochum und Lukas Beddrich bei der Arbeit als Instrumentenwissenschaftler. © Astrid Eckert, FRM II/ TUM

Zwei Upgrades am RESEDA

Gleich zwei der neuen Projekte betreut Dr. Johanna Jochum vom FRM II am Neutronen-Resonanz-Spinecho-Spektrometer RESEDA, in dessen Weiterentwicklung insgesamt 1,8 Millionen fließen. „Beim Projekt TIGER geht es darum, RESEDA für den Betrieb mit thermischen Neutronen auszustatten.“, erklärt Johanna Jochum, die das Instrumententeam des RESEDA leitet. Geplant ist, durch den Umbau zu höheren Energien einen stärkeren Neutronenfluss für kommende Zyklen zu generieren und damit neue Forschungsfelder zu erschließen.

Das zweite Projekt unter der Leitung von Johanna Jochum beschäftigt sich mit der Integration einer fokussierenden Neutronenoptik in RESEDA. Die bisherige Technologie im Instrument hat zwar bereits eine sehr hohe Auflösung, ist allerdings weniger für die Untersuchung von besonders kleinen Proben oder Messungen unter Druck geeignet. „Durch die Integration von “Nested Mirror Optics” möchten wir unsere Optionen um diese Funktionalität erweitern.“, so Johanna Jochum.

20210614 BL 6064 kl Arbeiten an der ANTARES. © Bernhard Ludewig, FRM II / TUM

Arbeiten an der ANTARES. © Bernhard Ludewig, FRM II / TUM

Teststand für Elektrolysezellen

Elektrolysezellen ermöglichen die Aufspaltung von Molekülen wie Kohlenstoffdioxid zur Erzeugung von Grundstoffen für die Chemieindustrie. Der Transport von Wasser hat dabei einen starken Einfluss auf Effizienz und Lebensdauer der Zellen. „Um den Wasserhaushalt genau beobachten zu können, müssen wir die Elektrolysezelle noch während des Betriebs untersuchen – mithilfe der Förderung von knapp 670 Tsd. Euro können wir genau so einen Teststand für das Instrument ANTARES entwickeln und mit Neutronenbildgebung die Bewegung des Wassers in der Elektrolysezelle sichtbar machen.“, erklärt Dr. Michael Schulz, stellvertretender wissenschaftlicher Direktor am FRM II. Die Leitung des Projekts liegt bei Dr. Joey Disch, PostDoc an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg.

43 medapp dsc1361 klein 3zu2 1 Der Bestrahlungsraum des MEDAPP. © Wenzel Schuermann

Der Bestrahlungsraum des MEDAPP. © Wenzel Schuermann

Neutronen in der Krebstherapie

Auch die medizinische Forschung profitiert von der Förderung. Wird Bor in eine Tumorzelle eingebracht und anschließend mit Neutronen bestrahlt, wandelt es sich in zwei hochenergetische Teilchen um – dabei wird die Tumorzelle geschädigt. Zusätzlich zu den beiden Teilchen wird dabei auch charakteristische Gammastrahlung freigesetzt. „Schafft man es, die Menge dieser Strahlung in Echtzeit zu messen, kann man viel genauere Rückschlüsse darüber ziehen, wieviel Strahlung im Tumor freigesetzt wurde. Mit den Fördergeldern von rund 500 Tsd. Euro können wir diese Methode nun auch bei uns am Instrument MEDAPP untersuchen und weiterentwickeln – und damit einen Beitrag leisten, diese Form der Therapie zielgerichteter und präziser zu machen“, sagt Dr. Tobias Chemnitz, Projektleiter und Instrumentwissenschaftler an MEDAPP.

Quelle: MLZ