Garchinger Neutronen-Tomographie-Anlage reist um die Welt

Die Internationale Atomenergie-Organisation hat Dr. Burkhard Schillinger vom Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) beauftragt, Neutronenquellen mit geringer Leistung in Argentinien und Chile zu testen. Mit einer kleineren, transportablen Version der Neutronen-Tomographie-Anlage aus Garching reiste er nach Südamerika. Nach nur zwei Tagen war die Anlage fertig aufgebaut und lieferte erfolgreich erste Testbilder.

Thumbnail 20230425 bildgebende anlag-burkhard schillinger v01 Foto der Modelleisenbahnlokomotive und dessen Aufnahme mit Hilfe der Mini-Tomographie-Anlage. © Eugenio Alejandro Vargas / CChEN

Foto der Modelleisenbahnlokomotive und dessen Aufnahme mit Hilfe der Mini-Tomographie-Anlage. © Eugenio Alejandro Vargas / CChEN

Wenn man Objekte mit Neutronen durchleuchtet, entstehen einzigartige und präzise Bilder. Aus einer Vielzahl von Bildern aus verschiedenen Blickrichtungen lassen sich 3D-Bilder erzeugen, sogenannte Tomografien. Neutronenquellen erzeugen die Neutronen, die dafür benötigt werden, über Kernspaltung. Die von der Forschungs-Neutronenquelle in Garching generierten Neutronen sind bereits für das Durchleuchten von Objekten im Einsatz. Um dies auch an anderen Neutronenquellen zu testen und zu verbessern, entwickelten Forscher am MLZ eine transportable Version ihrer Neutronen-Tomographie-Anlage.

„Evolution“ der Mini-Tomographie-Anlagen

Den Bau der ersten Mini-Anlage für den Forschungsreaktor VR-1 in Prag leitete Dr. Burkhard Schillinger, Instrumentwissenschaftler an der Radiografie- und Tomografieanlage ANTARES am MLZ – Neutronen-Bilddetektor im Handtaschen-Format. Diese Anlage war aus Aluminium-Teilen gebaut, während die neuere Version aus einem 3D-Drucker stammt. Simon Sebold, Tobias Neuwirth und Tobias Jünger vom MLZ hatten an dem Design getüftelt. Ihr Kollege Jens Krüger passte schließlich noch die Original-Software der ANTARES-Detektoren an die kleine transportable Anlage an. „Damit wird die Bedienung der Anlage erleichtert und uns stehen mehr Möglichkeiten zu Verfügung“, erklärt Burkhard Schillinger.

Schillinger und craft Burkhard Schillinger und Aaron Craft im Reacktor RECH-1 in Chile. © Eugenio Alejandro Vargas / CChEN

Burkhard Schillinger und Aaron Craft im Reacktor RECH-1 in Chile. © Eugenio Alejandro Vargas / CChEN

Erfolgreiche Tests in Chile und Argentinien

In Santiago de Chile bauten Burkhard Schillinger und Aaron Craft vom Idaho National Lab, USA, die Tomographie-Anlage in nur zwei Tagen, am Forschungsreaktor RECH-1 aus dem Jahr 1974, auf. Zu Testmessungen bestrahlten sie eine Modelleisenbahn-Lokomotive mit Neutronen und generierten aus den Ergebnissen 3D-Bilder. Begeistert und motiviert beginnt nun die eigentliche Zusammenarbeit: Die technischen Elemente werden kopiert und ein fester Experimentierplatz eingerichtet. Ausreichend Abschirmung gegen die Strahlen darf hier nicht fehlen. Schillinger sagt: „Wir sind zuversichtlich, mit der gewonnenen Erfahrung dies recht schnell zu erledigen.“

Der 1982 erbaute kleine Forschungsreaktor RA-6 in Bariloche, Argentinien, besaß zwar bereits eine Tomographie-Anlage, allerdings war diese so veraltet, dass sie keine schönen Bilder mehr erzeugen konnte. Um die Anlage zu verbessern, half das Team um den VR-1 aus Prag. Die Garchinger Gruppe baute einen neuen besser angepassten Detektor mit Tomografiesteuerung, die die Doktorandin Jana Matouskova aus Prag während eines Forschungsaufenthaltes installierte und in Betrieb nahm. Burkhard Schillinger packte nach einer Konferenz in Argentinien bei der Umrüstung mit an: „Ich habe noch die neue Software installiert“, erklärt der Wissenschaftler. Auch in Bariloche gelang es dem Team scharfe und präzise Testbilder zu erzeugen.

Warum gerade Tomographie-Anlagen?

Bei den Projekten geht es darum, in die Jahre gekommene, kleine Forschungsreaktoren mit Tomographie-Anlagen als neue Anwendung auszustatten. Bei der Tomographie wird der ganze Neutronenstrahl verwendet, sodass selbst schwächere Neutronenquellen dafür ausreichen. Für Experimente, die nur einen kleinen Teil des Energiespektrums des Neutronenstrahls verwenden, wären solche kleinere Quellen zu schwach. Das ist beispielsweise bei Neutronenstreuexperimenten der Fall, „deshalb baut man an ältere Neutronenquellen gerne Tomographieanlagen und optimiert diese“, so Burkhard Schillinger.

In Chile und Argentinien durchleuchten nun mittlerweile erste Forschende an den neuen Tomografie-Anlagen ihre Proben. Um das Prinzip ihrer Mini-Tomographie-Anlage auch für andere Forschungsgruppen zur Verfügung zu stellen, hat das Team um Burkhard Schillinger zwei wissenschaftliche Publikationen verfasst, die bald erscheinen werden. Eine Publikation wird die detaillierten Aufbauten in Bariloche beschreiben. Zudem hat die Gruppe auch schon eine Webseite mit den Bauplänen und der Software bereitgestellt.