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Überblick

Forschen mit Neutronen

Am Paul Scherrer Institut nutzen Physiker, Chemiker, Biologen und Materialwissenschaftler Neutronen, um wichtige Informationen über den inneren Aufbau von unterschiedlichen Materialien zu gewinnen.

Neutronen als Werkzeug für die Forschung

Mit Hilfe von Neutronenexperimenten gewinnt man Informationen über die unterschiedlichsten Materialien, die mit anderen Methoden so nicht zugänglich sind. So kann man etwa bestimmen, wie die Atome in einem Material angeordnet sind und wie sie sich darin bewegen. Neutronen zeigen z.B. die magnetischen Eigenschaften von Materialien und sind auch empfindlich auf leichte Elemente, die für Röntgenstrahlen schwer zu detektieren sind.

In der Natur kommen Neutronen in Atomkernen gebunden vor (In der Grafik blau dargestellt).
In der Natur kommen Neutronen in Atomkernen gebunden vor (In der Grafik blau dargestellt).

Was sind Neutronen?

Neutronen kommen überall in der Natur vor: Gemeinsam mit den Protonen bilden sie die Atomkerne (nur das Wasserstoffatom enthält kein Neutron) und sind somit Bestandteil der gesamten Materie. Für die Forschung werden die Neutronen aber aus ihrer Rolle als Bestandteil der Materie herausgelöst und dienen jetzt als Sonde, mit der Forschende in das Innere von unterschiedlichen Materialien hineinschauen können. Am Paul Scherrer Institut werden Neutronen als Sonden für Experimente in der Neutronenspallationsquelle SINQ erzeugt. Dort werden sie von einem Protonenstrahl hoher Energie aus Bleiatomen herausgeschlagen (Spallationsprozess) und anschliessend zu den verschiedenen Messplätzen und Experimenten geleitet.

Wie funktioniert ein Neutronenexperiment?

In einem typischen Neutronenexperiment wird das Untersuchungsobjekt – die Probe – mit einem Strahl von Neutronen durchleuchtet. Die Experimentatoren beobachten dann, wie sich dabei die Eigenschaften der Neutronen durch die Wechselwirkung mit der Probe verändert haben. Daraus gewinnen sie Kenntnisse über die innere Struktur, also den Aufbau der Probe.

Neutronenforschung im Dienste der Archäologie: Tibetische Buddhastatue aus Messing (15. Jhd): Fotografie und ein mit Neutronen erzeugtes Durchleuchtungsbild. Das Neutronenbild zeigt, dass in der Statue Holzgegenstände und trockene Blumen verborgen sind. Die Statue blieb bei der Untersuchung völlig unbeschädigt. Neutronen dringen leicht durch dickes Metall und zeigen wasserstoffhaltige Substanzen wie organisches Material.
Neutronenforschung im Dienste der Archäologie: Tibetische Buddhastatue aus Messing (15. Jhd): Fotografie und ein mit Neutronen erzeugtes Durchleuchtungsbild. Das Neutronenbild zeigt, dass in der Statue Holzgegenstände und trockene Blumen verborgen sind. Die Statue blieb bei der Untersuchung völlig unbeschädigt. Neutronen dringen leicht durch dickes Metall und zeigen wasserstoffhaltige Substanzen wie organisches Material.

Forschungsthemen, die man mit Neutronen untersuchen kann

Magnetismus und Supraleitung sind zwei Schwerpunkte der Forschung mit Neutronen am Paul Scherrer Institut. Neutronen helfen hier z.B., die magnetischen Eigenschaften unterschiedlichster Materialien zu ergründen und legen damit auch die Grundlage für die Entwicklung neuer elektronischer Bauteile und Speichermedien.

Hochtemperatursupraleiter sind kompliziert aufgebaute Substanzen, die elektrischen Strom ohne Widerstand leiten. Zahlreiche Neutronenexperimente am Paul Scherrer Institut sollen dazu beitragen, diese bisher nicht verstandene Eigenschaft zu erklären. Aber auch in vielen anderen Forschungsbereichen von der Materialforschung über die Biologie bis hin zur Archäologie werden die einzigartigen Eigenschaften von Neutronen, wie sie z.B. an der SINQ entstehen, von zahlreichen Gruppen aus der ganzen Welt genutzt.

Verwandte Informationen

  • Spallationsquelle SINQ
    Erzeugung von Neutronen am PSI
  • Experimente mit Neutronen
    Zwei typische Experimente im Detail
  • Eigenschaften von Neutronen
    Warum man mit Neutronen forscht
  • Forschen mit Myonen und Synchrotronlicht
    Experimente mit diesen Sonden ergänzen oft die For­schung mit Neutronen

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