Forschung mit Neutronen

PSI-Forschende helfen der europäischen Raumfahrt: ihre Neutronen-Bildgebung dient der Qualitätssicherung entscheidender Bauteile für Raketenstarts.

Im Forschungsbereich für Nukleare Energie und Sicherheit am PSI beschäftigt sich Johannes Bertsch mit den sogenannten Hüllrohren, die in Kernkraftwerken zum Einsatz kommen.

Kleiner, schneller und vor allem energieeffizienter soll die Elektronik werden. Auch in mehreren Forschungsgruppen am PSI sind diese Themen präsent. Von schrittweisen Verbesserungen bis zum kompletten Umdenken – wer tüftelt derzeit woran?

Macht man elektronische Bauteile kleiner, werden sie leider heisser. Auch ist bald die Grenze der technisch machbaren Verkleinerung erreicht. Am PSI arbeiten Gabriel Aeppli und Christian Rüegg an grundlegend neuen, physikalischen Lösungen für bessere Rechner und Datenspeicher.

Ein Team mit drei Forschenden aus dem ETH-Bereich wurde mit einem prestigeträchtigen EU-Förderpreis ausgezeichnet. Heute erhielten sie den von der EU unterzeichneten Vertrag zur Bestätigung der ausserordentlich hohen Finanzierung in Höhe von 14 Millionen Euro. Damit werden sie Quanteneffekte untersuchen, die das Rückgrat der Elektronik der Zukunft bilden könnten.

Vom Einsatz multiferroischer Materialien verspricht man sich energiesparsamere Computer, weil für die magnetische Datenspeicherung ein elektrisches Feld ausreichen würde. Forschende am PSI haben ein solches Material jetzt für die Betriebstemperaturen von Computern tauglich gemacht.

Kurz nach dem Urknall entstanden unter anderem radioaktive Atome des Typs Beryllium-7. Heute sind diese im gesamten Universum längst zerfallen. Eine Probe aus am PSI künstlich hergestelltem Beryllium-7 hat nun Forschenden geholfen, die ersten Minuten des Universums besser zu verstehen.

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI, der Universität Basel und von Roche haben eine Bildgebungsmethode mit Neutronen genutzt um zu untersuchen, warum es entscheidend ist, dass mit dem Wirkstoff bereits vorgefüllte medizinische Spritzen kühl gelagert werden.

Konkrete Empfehlungen zur Produktionssteigerung von Keramikbauteilen erhielt der ABB-Standort Wettingen. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI hatten die Bauteile mittels Neutronen-Bildgebung untersucht. Anhand der Aufnahmen konnten die ABB-Mitarbeitenden sehen, wo es noch Potenzial für eine Prozessoptimierung gibt. Diese Machbarkeitsstudie wurde vom Hightech Zentrum Aargau gefördert.

Jean-Baptiste Mosset, Gewinner eines Founder Fellowships am Paul Scherrer Institut PSI, will einen Neutronendetektor zur Erkennung von Plutonium und Uran kommerzialisieren.

Keine Hinweise auf Dunkle Materie aus Axionen – Ergebnis eines Experiments am Paul Scherrer Institut PSI schränkt Theorien zur Natur Dunkler Materie weiter ein.

Mit Hilfe von Neutronen werden am Paul Scherrer Institut PSI antike Metallobjekte durchleuchtet. Dadurch erkennen Forscher, was in ihrem Innern verborgen ist, wie sie hergestellt wurden – und wie sie sich erhalten lassen.

Federica Marone durchleuchtet Objekte mit hochintensiven Röntgenstrahlen, Eberhard Lehmann mit Neutronen. Beide haben mit ihren Anwendungen schon Paläontologen und Archäologen einen neuen Blick in die Vergangenheit eröffnet.

Im Jahr 1999 gründeten PSI-Forschende die Spin-off-Firma SwissNeutronics. Heute hat das Unternehmen 15 Mitarbeitende, verkauft hochpräzise Bauteile an Forschungseinrichtungen weltweit und hat doch noch immer seinen Sitz in der Kleinstadt Klingnau – nicht weit entfernt vom PSI.

Ob Materialien für die Elektronik der Zukunft, Batterien oder Schwerter aus der Bronzezeit – seit 20 Jahren nutzen Forschende verschiedener Disziplinen die Spallations-Neutronenquelle SINQ des Paul Scherrer Instituts PSI für ihre Untersuchungen. Bei einem Symposium am 18. April blickten Forschende auf die Erfolge der Anlage zurück und stellten Pläne für eine Modernisierung vor.

Ein neues Material könnte zur Grundlage zukünftiger Datenspeicher werden, denn im Vergleich zu heutigen Festplatten liesse sich damit der Energiebedarf in der Datenspeicherung deutlich senken. Es handelt sich um ein Material aus der Klasse der sogenannten magnetoelektrischen Multiferroika und zeigt die nötigen magnetischen Eigenschaften auch bei Zimmertemperatur.

Christian Rüegg erhält die angesehene europäische Förderung ERC Consolidator Grant. Mit dem Geld will er weiter erforschen, wie die kleinsten magnetischen Bausteine der Materie wechselwirken.

Dank einer hochmodernen Untersuchungsmethode ist es Forschenden gelungen, in Transformatoren hineinzuschauen und die magnetischen Domänen im Inneren des Trafo-Eisenkerns bei der Arbeit zu beobachten. Transformatoren, kurz Trafos, sind unerlässlich für die Stromversorgung von Industrie und Haushalten. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Untersuchungsmethode sich gewinnbringend zur Entwicklung effizienterer Trafos einsetzen lässt.

Interview mit Oksana ZaharkoNeue wissenschaftliche Fragestellungen erfordern immer bessere Experimentieranlagen. PSI-Forscherin Oksana Zaharko berichtet im Interview über die Herausforderungen beim Aufbau eines neuen Instruments für die Forschung mit Neutronen.

Normalerweise verdrängen Supraleiter angelegte Magnetfelder. Im Inneren von Typ-II-Supraleitern bilden sich aber dünne Kanäle, sogenannte Flussschläuche, durch die das Magnetfeld geleitet wird, während das restliche Material feldfrei und supraleitend bleibt. In dem Metall Niob bündeln sich die Flussschläuche zu kleinen Inseln zusammen und bilden dabei komplexe Muster, welche in ähnlicher Form zahlreich in der Natur anzutreffen sind. Forschende des PSI und der TU München haben als erste Neutronenexperimente zur Untersuchung dieser Strukturen in dem Metall Niob durchgeführt und dabei die Verteilung der Inseln im Detail sichtbar gemacht.