Das Unsichtbare sichtbar machen

Röntgen für Forschung und Industrie

21.12.2015 | AMANDA ARROYO
Das Zentrum für Röntgenanalytik der Empa ist «up-and-running»; die hochmodernen Röntgengeräte sind installiert. Diese liefern nebst faszinierenden Bildern vor allem tiefe Einblicke in Materialien, Komponenten und deren Bestandteile – bis hin zum einzelnen Molekül. Genauso vielfältig wie die Geräte und Analysemethoden sind die Forschungsprojekte des Zentrums.
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Antonia Neels, Leiterin des Zentrums für Röntgenanalytik an der Empa, erläutert die Struktur und Ziele des Zentrums während der Besichtigung der Labore. Die Lab-Tour wurde vom gesamten Röntgenteam mit Erklärungen zu zahlreichen Anwendungsbeispielen unterstützt.

«Mit Röntgenstrahlen machen wir das Unsichtbare sichtbar», sagte Antonia Neels, Leiterin des Empa-Zentrums für Röntgenanalytik. Wie dies möglich ist, wurde an einer Veranstaltung mit rund 100 Teilnehmenden aus Forschung und Industrie am 2. Dezember durch eine Reihe von Kurzvorträgen aufgezeigt. ForscherInnen des Empa-Zentrums und des Paul Scherrer Instituts (PSI) präsentierten Anwendungen der Röntgenanalytik; dabei wurde auch deutlich, dass sich die Untersuchungsmethoden der beiden Institute ideal ergänzen. So zeigte etwa Eberhard Lehmann vom PSI die Zusammenarbeit im Bereich der Diffraktion und der 3D-Bildgebung unter Nutzung von Neutronen- und Röntgenstrahlung. Und der PSI-Forscher Marco Stampanoni demonstrierte anhand einer Filmspule aus dem Jahr 1948 die Stärke der Röntgentomographie: «Niemand traute sich den Film aus der Dose zu nehmen, denn er war so spröde, dass er dabei brechen würde.» Also haben die Spezialisten den Film in der Dose geröntgt, virtuell auseinandergerollt und jedes einzelne Fotogramm abgelesen. Als eine Art Weltpremiere führte Stampanoni den rekonstruierten Film von der Eröffnung der Zeitung «Common British News» vor.

Vom Lastwagen bis zum Molekül
Das neue Empa-Zentrum hat sich zum Ziel gesetzt, Röntgenmethoden weiterzuentwickeln mit dem Ziel, Entwicklungen in der Materialforschung zu verstärken. Wissenschaftliche und industrielle Innovation wird in der ganzen Bandbreite an Auflösungen und Probengrössen begleitet; vom Lastwagen bis hin zum einzelnen Molekül ist dies nun möglich. Was ein Lastwagen transportiert, kann etwa Mathieu Plamondon inspizieren, ohne dass er dazu extra einsteigen muss. Der Empa-Forscher erkennt unter Nutzung des hochenergetischen «Linac-CT», ob es sich bei dem Transportgut um Zigaretten, Wasser oder Velos handelt. Die Auflösung geht bis in den Millimeterbereich, so dass die Velospeiche hinter einem Wassertank immer noch sichtbar bleibt.
Für Anwendungen an kleineren Objekten, bei denen höhere Auflösungen notwendig werden, ist Rolf Kaufmann zuständig. Mit seinem «Mikro-CT» kann er Knochen oder die Holzzellen einer Violine unter die Lupe nehmen. Bald schon wird ein weiteres Gerät namens «Nano-CT» in seinem Labor stehen, das eine Auflösung von bis zu 300 Nanometern erreicht. Eine noch höhere Auflösung erreicht Antonia Neels mit den SAXS-, WAXS- und XRD-Geräten. Damit kann sie zum Beispiel die Anordnung von Zellulosefasern im Holz, Nanostrukturen auf Oberflächen und sogar molekulare Strukturen bestimmen. Noch weiter kann man am PSI gehen: Mit dessen Synchrotron lassen sich sogar einzelne Moleküle erkennen. Ein noch höher auflösendes Gerät befindet sich zurzeit im Bau; der 800 Meter lange «SwissFEL» wird voraussichtlich Ende 2016 in Betrieb gehen.
Doch das Röntgenzentrum der Empa hat eine weitere Spezialität: Michele Griffa macht aus Röntgenbildern 3D-Simulationen und kann damit zwischen verschiedenen Materialien unterscheiden. Er kann beispielsweise bei Recycling-Beton herausfinden, welcher Anteil davon von gebrauchtem Beton stammt. Dies ist wichtig, denn wenn sich das Recyclingmaterial lokal zu sehr häuft, ist der Beton nicht mehr fest genug.

 

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Weitere Informationen
Dr. Antonia Neels
Zentrum für Röntgenanalytik
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Antonia.Neels@empa.ch

 

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