Übersichtsartikel

Forschen mit Synchrotronlicht

Synchrotronlicht ist besonders intensives Röntgenlicht, dessen Eigenschaften in vielfacher Weise eingestellt werden können. Für Materialuntersuchungen hat es gegenüber gewöhnlichem Röntgenlicht zahlreiche Vorteile.

Synchrotronlicht wird von elektrisch geladenen Teilchen abgestrahlt, die auf eine gebogene Bahn gezwungen werden. Am Paul Scherrer Institut entsteht Synchrotronlicht in der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS.

Synchrotronlicht ist besonders intensiv

Synchrotronlicht ist sehr intensiv und stark gebündelt – Fachleute sagen, es sei besonders brillant. Dank dieser Lichteigenschaften können sehr kleine Proben untersucht werden. Das ist zum Beispiel für die Proteinkristallographie wichtig. Hier wird die Struktur von komplexen Proteinen an entsprechenden Kristallen untersucht. Da es schwierig und sehr zeitaufwendig ist, solche Kristalle herzustellen, ist es ein grosser Vorteil, wenn man die Experimente mit kleinen Kristallen durchführen kann.

Synchrotronlicht hat flexible Eigenschaften

Die Eigenschaften des Synchrotronlichts können genau an die Bedürfnisse des einzelnen Experiments angepasst werden. Das gilt für die Energie des Lichtes, die sehr genau in einem weiten Bereich zwischen ultraviolettem Licht und Röntgenstrahlung eingestellt werden kann. Für die Experimentatoren bedeutet das etwa, dass sie die Beiträge verschiedener chemischer Elemente zu einem Effekt getrennt bestimmen können. Dafür nutzen sie aus, dass es zu jedem chemischen Element Lichtenergien gibt, bei denen das Licht mit den Atomen des Elements besonders stark wechselwirkt.

Neben der Energie lässt sich an einigen Messplätzen auch die Polarisation des Synchrotronlichts einstellen, d.h. man kann die Schwingungsebene des Lichts gezielt bestimmen. Da magnetische Materialien je nach Magnetisierungsrichtung mit polarisierter Strahlung unterschiedlich wechselwirken, lassen sich mit Synchrotronlicht verschieden magnetisierte Bereiche unterscheiden. So können etwa in einem Bild, das mit einem Synchrotronmikroskop aufgenommen worden ist, Gebiete verschiedener Magnetisierung in unterschiedlichen Farben dargestellt werden.

Mit Synchrotronlicht 3-D-Bilder erzeugen

Die Eigenschaften des Synchrotronlichts kommen auch der Synchrotron-Tomographie zugute. Dieses Verfahren ermöglicht den Einblick in das Innere von unterschiedlichsten Objekten und dessen dreidimensionale Abbildung mit einer Auflösung kleiner als ein Mikrometer (tausendstel Millimeter). Dabei profitiert man von dem sehr intensiven und sehr parallelen Strahl. Das Verfahren bietet auch die Möglichkeit, im Tomogramm unterschiedliche Materialien deutlich zu unterscheiden und beispielsweise Strukturen, die aus einer Substanz bestehen, alleine darzustellen. Die Untersuchungsobjekte der Synchrotron-Tomographie reichen von technischen Werkstoffen, Gesteinen bis zu biologischem Gewebe und sogar archäologischen oder paläontologischen Funden.