Themen: Forschungsreaktor (90) Materialforschung (64) Nutzerforschung (30) Spintronik (92) Lebenswissenschaften (60) HZB-Eigenforschung (95)

Science Highlight    05.06.2018

Neutronentomographie: Einblick ins Innere von Zähnen, Wurzelballen, Batterien und Brennstoffzellen

Auch Fossilien wie dieser 250 Mio. Jahre alte Lystrosaurus-Schädel lassen sich mit Neutronentomographie zerstörungsfrei untersuchen.
Copyright: MfN Berlin

Neutronentomographie zeigt, wie sich nach Torsion (links) oder Zugspannung (rechts) verschiedene Kristallphasen im Material verteilen.
Copyright: HZB/Wiley VCH

Zeitaufgelöste Tomographie einer Lupinenwurzel (gelbgrün), nachdem deuteriertes Wasser (D2O) von unten zugegeben wurde. Der Zeitverlauf zeigt, wie das Wasser (H2O, dunkelblau) durch das D2O von unten verdrängt wird. ©Christian Tötzke/ University of Potsdam

Einen umfassenden Überblicksbeitrag über bildgebende Verfahren mit Neutronen hat ein Team am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Europäischen Spallationsquelle ESS im renommierten Fachjournal Materials Today (Impaktfaktor 21,6) publiziert.  Die Autoren berichten über die neuesten Entwicklungen in der Neutronentomographie. An Beispielen zeigen sie die Einsatzmöglichkeiten dieser zerstörungsfreien Methode auf. Neutronentomographien haben Durchbrüche in der Zahnmedizin, Kunstgeschichte, Pflanzenphysiologie, Paläobiologie, Batterieforschung oder Werkstoffanalyse ermöglicht.

Neutronen dringen tief ins Innere der Probe ein, ohne sie dabei zu zerstören. Darüber hinaus unterscheiden Neutronen auch leichte Elemente wie Wasserstoff, Lithium oder Wasserstoff-haltige Substanzen voneinander. Weil sie selbst ein magnetisches Moment besitzen, reagieren sie auf kleinste magnetische Strukturen im Materialinnern. Dies macht Neutronen zu einem vielseitigen und mächtigen Werkzeug für die Materialforschung. Aus der Absorption der Neutronen in der Probe lassen sich 2D- oder 3D-Abbildungen errechnen, sogenannte Neutronentomographien. An der Neutronenquelle des HZB, dem BER II, arbeitet ein weltweit renommiertes Team um Dr. Nikolay Kardjilov und Dr. Ingo Manke daran, die Methoden der Neutronentomographien stetig zu erweitern und zu verbessern.

In ihrem Übersichtsbeitrag beschreiben die Autoren die neuesten Verbesserungen in der Neutronenbildgebung und stellen herausragende Anwendungen vor. Verbesserungen in den letzten Jahren haben die räumliche Auflösung bis in den Mikrometerbereich gesteigert. Das ist mehr als zehnmal genauer als medizinische Röntgentomographien. Auch sind nun raschere Aufnahmen möglich, was es auch erlaubt, Prozesse in Materialien zu beobachten: Ein Beispiel sind  die „in operando“-Messungen einer Brennstoffzelle im laufenden Betrieb, die zeigen, wie genau sich Wasser in der Brennstoffzelle verteilt. Dies liefert wichtige Hinweise für das optimale Design der Zelle.

Die Einsatzmöglichkeiten reichen von der Beobachtung des Lithium-Ionentransports in Batterien und Festigkeitsanalysen von Industriekomponenten über Untersuchungen an Zähnen oder Knochen oder dem Wurzelwerk von Pflanzen bis hin zur zerstörungsfreien Analyse von historischen Objekten wie alten Schwertern und Ritterrüstungen, um Hinweise auf Fertigungsmethoden früherer Zeiten zu erhalten.

“Die Neutronentomographie ist extrem vielseitig nutzbar. Wir arbeiten daran, weitere Verbesserungen zu erreichen, und hoffen, dass diese stark nachgefragte Methode künftig auch an modernen Spallationsquellen zur Verfügung steht“, sagt Nikolay Kardjilov.


Zur Publikation: Materials Today 2018: “Advances in neutron imaging”, Nikolay Kardjilov, Ingo Manke, Robin Woracek, André Hilger, John Banhart

DOI: 10.1016/j.mattod.2018.03.001


Lesetipp: Über die Forschung an Schwertern und Ritterhelmen berichten wir im Campusblog

 

arö


           



Das könnte Sie auch interessieren
  • <p>Das Enzym MHETase ist ein riesiges komplex gefaltetes Molek&uuml;l. MHET-Molek&uuml;le aus PET-Kunststoff docken an einer aktiven Stelle im Inneren der MHETase an und werden dort aufgespalten.</p>SCIENCE HIGHLIGHT      12.04.2019

    „Molekulare Schere“ für den Plastikmüll

    Ein Team der Universität Greifswald und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) hat an BESSY II die Struktur eines wichtigen Enzyms ("MHETase") entschlüsselt. Die MHETase wurde in einem Bakterium entdeckt und ist in der Lage, zusammen mit einem zweiten Enzym, der PETase, den weit verbreiteten Kunststoff PET in seine Grundbausteine zu zerlegen. Die 3D-Struktur der MHETase ermöglichte es den Forschern bereits, die Aktivität dieses Enzyms gezielt zu optimieren, um es zusammen mit der PETase für das nachhaltige Recycling von PET zu nutzen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. [...]


  • <p>Die Rasterelektronenmikroskopie zeigt einen Molybd&auml;nsulfidfilm, der bei Raumtemperatur aufgebracht wurde.</p>SCIENCE HIGHLIGHT      04.04.2019

    Katalysatorforschung für Solare Brennstoffe: Amorphes Molybdänsulfid funktioniert am besten

    Für die Produktion von Wasserstoff mit Sonnenlicht werden effiziente und preisgünstige Katalysatoren gebraucht. Molybdänsulfide gelten als gute Kandidaten. Nun hat ein Team am HZB aufgeklärt, welche Prozesse während der Katalyse an  Molybdänsulfiden ablaufen und wieso ausgerechnet amorphes Molydänsulfid am besten funktioniert. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal ACS-Catalysis veröffentlicht. [...]


  • <p>Phillippe Wernet schl&auml;gt am Ende seines Beitrags einen gro&szlig;en Bogen von der Vergangenheit (Opticae Thesaurus, 1572) der Forschung mit Licht bis in die Zukunft.</p>SCIENCE HIGHLIGHT      02.04.2019

    HZB an Sonderausgabe zu Ultraschneller Dynamik mit Röntgenmethoden beteiligt

    In der jetzt erschienenen Sonderausgabe der „Philosophical Transactions of the Royal Society of London“  berichten international ausgewiesene Experten über neue Entwicklungen bei Röntgenquellen und ultraschnellen zeitaufgelösten Experimenten. Auch HZB-Physiker wurden zu Beiträgen aufgefordert und haben geliefert. [...]




Newsletter