Von Berlin nach Garching: zwei neue Instrumente für das MLZ

HZB-Instrument Firepod Zwei Pulverdiffraktometer nebeneinander: Das hochauflösende Strukturpulverdiffraktometer SPODI (oben) in der MLZ-Experimentierhalle wird künftig FIREPOD als Nachbarinstrument erhalten. Foto: Wenzel Schürmann / TUM, Illustration: Reiner Müller / FRM II, TUM

Zwei Pulverdiffraktometer nebeneinander: Das hochauflösende Strukturpulverdiffraktometer SPODI (oben) in der MLZ-Experimentierhalle wird künftig FIREPOD als Nachbarinstrument erhalten. Foto: Wenzel Schürmann / TUM, Illustration: Reiner Müller / FRM II, TUM

Ende 2019 wurde die Neutronenquelle am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) planmäßig abgeschaltet, die bis dahin für die Forschung an Materialien genutzt wurde. Das Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) in München übernimmt zwei wissenschaftliche Instrumente aus der Forschungs-Neutronenquelle in Berlin. Umzug und Anpassung fördert das Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung (BMBF) mit 5,62 Millionen Euro.

Derzeit stellt das MLZ den Gastwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern in Garching 26 wissenschaftliche Instrumente für die Forschung mit Neutronen zur Verfügung. Vier weitere befinden sich noch im Bau. Jetzt können sich die Forscherinnen und Forscher auf zwei zusätzliche Neuzugänge freuen: Das Dreiachsenspektrometer FLEXX, das zukünftig LaDiff heißen und entsprechend auch Larmordiffraktion anbieten wird. Und das Diffraktometer FIREPOD. Beide waren bislang in der Berliner Neutronenquelle BER II beheimatet und ziehen innerhalb der nächsten vier Jahren nach Garching um.
Seit bekannt war, dass das Helmholtz-Zentrum Berlin seine Neutronenquelle Ende 2019 abschaltet, hatte sich das MLZ bemüht, Instrumente zu übernehmen. Schnell wurde deutlich, dass das Dreiachsenspektrometer und das Diffraktometer in Garching ihren neuen Standort haben können.

Instrumente stehen Nutzergemeinde weiterhin zur Verfügung

„Beide Instrumente waren stark nachgefragt, unsere internationalen Messgäste und unsere eigenen Teams haben hier tiefe Einblicke in komplexe Materialsysteme gewonnen und ihre Ergebnisse in den besten Fachjournalen veröffentlicht“, sagt Prof. Dr. Jan Lüning, wissenschaftlicher Direktor am HZB. „Wir freuen uns daher sehr, dass diese Instrumente am MLZ nun weiterhin für die weltweite Neutronen-Nutzerschaft zur Verfügung stehen werden.“ Inzwischen gibt es für fast alle hochspezialisierten Instrumente, die am BER-II eingesetzt wurden, entweder schon eine neue Heimat oder eine konkrete Perspektive für eine weitere Nutzung.
Die beiden Neulinge müssen teils umgebaut und an die Gegebenheiten vor Ort angepasst werden. „Wir bewahren so diese einzigartigen Instrumente für die Gemeinde der Neutronennutzerinnen und -nutzer und erweitern gleichzeitig ihr Anwendungsspektrum“, erklärt Dr. Wiebke Lohstroh, die die Instrumente der Technischen Universität München am MLZ leitet.

HZB-Instrument LaDiff Das Dreiachsenspektrometer LaDiff, das in Berlin noch FLEXX genannt wurde, wird in der Neutronenleiterhalle West neben dem Instrument MIRA zu stehen kommen. Foto: Wenzel Schürmann / TUM, Illustration: Reiner Müller / FRM II, TUM

Das Dreiachsenspektrometer LaDiff, das in Berlin noch FLEXX genannt wurde, wird in der Neutronenleiterhalle West neben dem Instrument MIRA zu stehen kommen. Foto: Wenzel Schürmann / TUM, Illustration: Reiner Müller / FRM II, TUM

FLEXX alias LaDiff wird künftig in die Neutronenleiterhalle West des FRM II in die direkte Nachbarschaft zum Dreiachsenspektrometer MIRA ziehen. Es soll nach Empfehlung des MLZ-Gutachterausschusses für Messzeit sowohl Larmordiffraktion als auch Dreiachsenspektrometrie anbieten. „LaDiff wird neue Möglichkeiten schaffen, Gitterkonstanten mit externem magnetischem Feld in bisher unerreichter Präzision zu messen und so neue Nutzerkreise erschließen“, sagt Prof. Dr. Peter Müller-Buschbaum, wissenschaftlicher Direktor am MLZ und der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II).

Nachfrage nach Messzeit am MLZ übersteigt Angebot um ein Vielfaches

Auch die Nachfrage nach Pulverdiffraktion am MLZ war und ist hoch. Mit dieser Methode machen Forscherinnen und Forscher z.B. chemische Reaktionen in Batterien sichtbar und bestimmen die genaue Position der Atome in einer Substanz. Wegen der hohen Nachfrage konstruieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie und der Technischen Universität München derzeit das Pulverdiffraktometer ErwiN (Energy Research with Neutrons) in der Experimentierhalle des MLZ. Der Neuzugang aus Berlin, FIREPOD, wird vor allem für die schnelle Messung einer Vielzahl an Proben, z.B. neuartiger Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden und direkt neben ErwiN und dem hoch auflösenden Pulverdiffraktometer SPODI aufgebaut. „FIREPOD wird als Hochdurchsatz-Pulverdiffraktometer mit hoher Auflösung unser Pulverdiffraktometer SPODI und das im Bau befindliche ErwiN komplementieren“, sagt Prof. Dr. Peter Müller-Buschbaum. „Die Nachfrage nach Messzeit am MLZ übersteigt derzeit unser Angebot um ein Vielfaches. Mit zwei zusätzlichen Instrumenten stärken wir unsere Kapazitäten langfristig.“

Die BMBF-Förderung über 5,62 Millionen Euro läuft seit 15. September 2020 vier Jahre lang und beinhaltet Stellen für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Ingenieurinnen und Ingenieure. Denn der Umzug ist nicht so einfach zu bewerkstelligen. „Neutronenstreuinstrumente sind komplexe Aufbauten, die auf den jeweiligen Neutronenstrahl optimiert und an die örtlichen Gegebenheiten angepasst sind“, erklärt Wiebke Lohstroh. „Daher ist ein einfacher 1-zu-1 Umzug der beiden Instrumente an das MLZ nicht möglich, und der Umzug beinhaltet sowohl Anpassung und Erneuerung von technischen Komponenten.“ Die Arbeiten in den Hallen haben bereits begonnen: Neben MIRA wird Platz für LaDiff frei geräumt.