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Neutronen aus der Laserquelle

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Darmstadt (red). Ein Team unter Leitung der TU Darmstadt hat erstmals mit Lasern erzeugte Neutronen für eine industrielle Anwendung nutzbar gemacht. Die Forschenden zeigten, dass Neutronen, die kompakt mit Lasern erzeugt werden, in der zerstörungsfreien Materialprüfung zum Einsatz kommen können. Als elektrisch neutrale Teilchen durchdringen Neutronen Materie relativ leicht.

Daraus ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten wie etwa die Prüfung von Behältern mit radioaktivem Abfall. Die Ergebnisse wurden im renommierten Magazin »Nature Communications« veröffentlicht.

Wie lassen sich nun Objekte mit Neutronen untersuchen? Die dafür nötigen Neutronenstrahlen werden üblicherweise an großen Teilchenbeschleunigeranlagen erzeugt, deren Bau und Betrieb äußerst kostenintensiv sind. Erschwerend kommt hinzu, dass die zu untersuchenden Objekte nicht zu den wenigen existierenden Großanlagen transportiert werden können. Forschende des Instituts für Kernphysik an der TU Darmstadt unter der Leitung von Dr. Marc Zimmer und Professor Markus Roth haben es nun geschafft, die konventionellen Beschleuniger durch einen hoch intensiven Laser zu ersetzen und damit Neutronen zu erzeugen. Dadurch wurde die Strecke von typischerweise hunderten von Metern, die zur Beschleunigung und die Vermessung der Proben notwendig ist, auf unter zwei Meter reduziert. Möglich wurde das zum einen durch die Verwendung von ultra-kurzpuls-Lasern, basierend auf der »Chirped-Pulse-Amplification«-Methode, für die 2018 der Nobelpreis vergeben wurde. Zum anderen wurden für die Untersuchungen am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt die Bedingungen so weit optimiert, dass mehrere industriell relevante Anwendungen demonstriert werden konnten.

Im Experiment konnte gezeigt werden, dass eine derartige kompakte lasergetriebene Neutronenquelle tatsächlich dafür genutzt werden kann, zerstörungsfrei verschiedene Isotope in Werkstücken zu identifizieren und sogar räumlich »sichtbar« zu machen.

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