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Mano Raj Dhanalakshmi Veeraraj und Joan Vila-Comamala forschen beide am PSI Zentrum für Photonenforschung. Hier stehen sie mit der achromatischen Neutronenlinse vor der Schweizer Spallations-Neutronenquelle SINQ. Durch die enge Zusammenarbeit zwischen Experten aus den Bereichen Neutronenforschung und Röntgenoptik konnte ein lange bestehendes Problem bei der Neutronenbildgebung gelöst werden. © Paul Scherrer Institut PSI/Markus Fischer

Ein geschärfter Blick aus einigen Metern Entfernung: Dieses vergrösserte Neutronenbild eines drei Millimeter grossen PSI-Logos wurde mit der neuen achromatischen Neutronenlinse aufgenommen. Dabei stand das Logo in einem Abstand von sechs Metern zum Detektor. Ohne die Linse müsste der Gegenstand nur wenige Zentimeter – eventuell sogar wenige Millimeter – vom Detektor entfernt platziert werden, um eine vergleichbare Auflösung zu erzielen. © Paul Scherrer Institut PSI/Mano Raj Dhanalakshmi Veeraraj

PSI entwickelt weltweit erste achromatische Linse für Neutronenbildgebung

Publiziert

Forschende am Paul Scherrer Institut haben eine neuartige Linse entwickelt, die Neutronen unterschiedlicher Wellenlängen fokussiert. Damit werden hochauflösende Einblicke in Materialien und Prozesse im Inneren komplexer Systeme möglich.

Forschende am Paul Scherrer Institut (PSI) haben laut einer Mitteilung die weltweit erste achromatische Linse für die Neutronenbildgebung entwickelt. Diese ermöglicht es, Neutronen mit unterschiedlichen Wellenlängen auf einen gemeinsamen Brennpunkt zu fokussieren und damit scharfe, vergrösserte Bilder zu erzeugen. Die Entwicklung adressiert ein grundlegendes Problem der Neutronenbildgebung, da sich Neutronen aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften bislang nur schwer bündeln liessen.

Neue Möglichkeiten für Forschung und Industrie

Neutronen erlauben Einblicke in Materialien, insbesondere in metallische Strukturen und leichte Elemente wie Wasserstoff oder Lithium. Mit der neuen Linse können laut PSI künftig auch dicke Proben untersucht und Prozesse im Inneren von Geräten wie Öfen, Kryostaten oder Druckzellen beobachtet werden. Die erreichbare Auflösung liegt bei weniger als zwanzig Mikrometer, selbst wenn sich das Objekt nicht unmittelbar am Detektor befindet.

Überwindung bisheriger Grenzen

Bislang mussten Proben in der Neutronenbildgebung nahe am Detektor positioniert werden, was die Auflösung und die Grösse untersuchbarer Objekte einschränkte. Mano Raj Dhanalakshmi Veeraraj, Erstautor der Studie, sagt: «Die erreichbare Auflösung ist damit eingeschränkt – aber auch die Grösse des Objekts oder der Probenumgebung, die abgebildet werden kann.»

Perspektiven für neue Anwendungen

Mit der neuen Technologie könnten künftig detaillierte Untersuchungen unter realen Betriebsbedingungen möglich werden, etwa in Batterien oder Motoren. In Versuchen gelang es, den Schichtaufbau einer Lithium-Ionen-Batterie um das Siebenfache vergrössert darzustellen, obwohl sie mehrere Meter vom Detektor entfernt war.
Joan Vila-Comamala, Leiter des Forschungsteams, erklärt: «Das Fehlen einer solchen Linse hat die Neutronenbildgebung jahrzehntelang behindert». Und weiter: «Nun, da wir über eine solche Linse verfügen, wird es möglich sein, Vorgänge zu beobachten, die im Inneren von Geräten wie Öfen, Kryostaten oder Druckzellen stattfinden.»

Technologische Grundlage

Die Linse kombiniert Beugung und Brechung: Nickelringe erzeugen ein Beugungsmuster, während diamantbasierte Strukturen den Neutronenstrahl brechen. Die Fertigung erfolgte unter anderem in den PICO-Reinräumen des PSI sowie durch das Schweizer Unternehmen Synova. Die Entwicklung baut auf früheren Arbeiten zur Röntgenoptik auf, darunter eine achromatische Röntgenlinse aus dem Jahr 2022.

Anforderungen an Infrastruktur

Um das Potenzial der neuen Linse auszuschöpfen, könnten laut PSI Anpassungen an bestehenden Forschungsanlagen notwendig werden, etwa längere Strahllinien. Neue Einrichtungen wie die derzeit in Schweden entstehende Europäische Spallationsquelle berücksichtigen diese Anforderungen bereits.

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Swiss Medtech Day

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GS1 Excellence Days

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Intersolar Europe

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Datum: 22.-25. Juni 2027

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FPGA Conference Europe

Europas führende Fachkonferenz für programmierbare Logikbausteine, sogenannte FPGAs (Field Programmable Gate Arrays)

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SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 31. August- 2. September 2027

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Swiss Medtech Expo

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Datum: 10.-13. November 2027

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AQUA Suisse

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Pumps & Valves

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Datum: 1.-2. Dezember 2027

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Schweizer Fachmesse für die Bereiche Trinkwasser, Abwasser und Gas

Datum: Februar 2028

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NORTEC

Fachmesse für Produktionstechnik und Maschinenbau

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Datum: 3.-7. April 2028

Ort: Düsseldorf (D)

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Internationale Fachmesse für die Draht- und Kabelindustrie

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Ort: Düsseldorf (D)

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Weltleitmesse für industrielle Lackiertechnik

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Ort: Karlsruhe (D)

CUTTING WORLD

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Techtextil

Internationale Leitmesse für technische Textilien und Vliesstoffe

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Siams

Fachmesse für Mikrotechnik

Datum: 4.-7. April 2028

Ort: Moutier (CH)

MedtecLIVE with T4M

Fachmesse für die gesamte Wertschöpfungskette der Medizintechnik

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IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

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Optatec

Internationale Fachmesse für optische Technologien, Komponenten und Systeme

Datum: 9.-11. Mai 2028

Ort: Frankfurt (D)

GrindingHub

Internationale Fachmesse für Schleif- und Oberflächentechnologien

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Ort: Stuttgart (D)

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Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

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Ort: Düsseldorf (D)

IFFA

Weltleitmesse der Fleisch- und Proteinwirtschaft

Datum: 13.-18. Mai 2028

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Control Expert Days

Expertenprogramm für nachhaltige & KI integrierte QS

Datum: Mai 2028

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ArbeitsSicherheit Schweiz

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CastForge

Fachmesse für Guss- und Schmiedeteile mit Bearbeitung

Datum: 20.-22. Juni 2028

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Stanztec

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Datum: 20.-22. Juni 2028

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Swiss Plastics Expo

Schweizer Fachmesse Kunststoffindustrie

Datum: 23.-25. Januar 2029

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METPACK

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interpack

Internationale Fachmesse für die Verpackungsindustrie und die zugehörige Prozessindustrie

Datum: Mai 2029

Ort: Düsseldorf (D)

Schweissen & Schneiden

Internationalen Messe für Füge-, Trenn- und Beschichtungstechnik, Verbinden und Trennen von Werkstoffen

Datum: 17.-21. September 2029

Ort: Essen (D)

EMO Hannover

Weltleitmesse für Werkzeugmaschinen und Metallbearbeitung

Datum: September 2029

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