Forschen mit Neutronen

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.

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.

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.