„Supermikroskop“ – Chinesische Spallationsneutronenquelle

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Digital World

Hersteller: China Science Expo

Bei der Erforschung des Universums durch den Menschen stehen nicht nur die Weiten des Weltraums im Mittelpunkt, sondern auch die mikroskopische Welt. Aus diesem Grund wurden Weltraumteleskope und optische Mikroskope erfunden. Eine Blume, eine Welt; ein Blatt, ein Bodhi. Es gibt so viele Geheimnisse in der materiellen Welt. Aber wenn wir nicht einmal unter einem Mikroskop klar sehen können, wie können wir dann den Nebel der mikroskopischen Welt lichten?

„Supermikroskop“ – die chinesische Spallationsneutronenquelle könnte uns die Antwort geben.

„Supermikroskop“ – Chinesische Spallationsneutronenquelle

Die China Spallation Neutron Source (CSNS) ist die erste gepulste Spallationsneutronenquelle in China und die vierte weltweit. Es handelt sich um ein großes wissenschaftliches und technologisches Infrastrukturprojekt, auf dessen Aufbau sich das Land während der Laufzeit des 11. Fünfjahresplans konzentrierte, und um eine groß angelegte Forschungsplattform für hochtechnologische und multidisziplinäre Anwendungen an der internationalen Spitze.

Chinesische Spallationsneutronenquelle

(Bildquelle: China Spallation Neutron Source Project)

Obwohl die chinesische Spallationsneutronenquelle nach Großbritannien, den USA und Japan die viertgrößte Spallationsneutronenquelle der Welt ist, ist die Leistung der Spallationsneutronenquelle meines Landes viermal so hoch wie die des Vereinigten Königreichs. Seine technischen Indikatoren und seine umfassende Leistung gehören zu den fortschrittlichsten internationalen Geräten dieser Art. Es bedeutet auch, dass die chinesische Wissenschaftsgemeinschaft über eine weitere „Waffe“ verfügt, um die mikroskopische Welt weiter zu erforschen.

Vereinfacht ausgedrückt ist eine gepulste Spallationsneutronenquelle wie ein „Supermikroskop“, das durch die Mikrostruktur eines Materials „hindurchsehen“ kann, ohne das Material zu beschädigen. Eine der direktesten Anwendungen besteht darin, dass man damit „innere Schäden“ an Materialien erkennen kann. Außerdem ist es natürlich auch sehr gut geeignet, die Eigenschaften von Neutronen zu untersuchen.

Das Bullauge des Zielstationsspektrometers der China Spallation Neutron Source

(Bildquelle: China Spallation Neutron Source Project)

Wir alle wissen, dass es auf dieser Welt viele Dinge gibt, die mit bloßem Auge nicht erkennbar sind. Aus dem Bedürfnis heraus, die Welt weiter zu erforschen, erfanden Wissenschaftler später das optische Mikroskop und dann das Elektronenmikroskop mit höherer Auflösung, mit dem kleinere Zellen und Viren beobachtet werden können.

Vor der Erfindung der gepulsten Spallationsneutronenquelle waren die Menschen daran gewöhnt, diese beiden Mikroskoptypen zum Beobachten und Studium von Bakterien, Zellen und anderen mikroskopischen Welten zu verwenden, die mit bloßem Auge nicht direkt beobachtet werden können.

Die Leistungsfähigkeit der gepulsten Spallationsneutronenquelle ist sogar höher als die eines Mikroskops. Die Welt, die man dadurch sieht, ist noch mikroskopischer. Selbst an der Wurzel einer Pflanze lässt sich mit absoluter Klarheit beobachten, wie ein Wassertropfen durch Bewegung Stück für Stück weitertransportiert wird.

Wie funktioniert eine gepulste Spallationsneutronenquelle?

Warum kann die gepulste Spallationsneutronenquelle die mikroskopische Struktur und Bewegung von Materie so subtil erkennen?

Tatsächlich sind Neutronen Teilchen, die überhaupt keine Ladung besitzen und nicht mit Röntgenstrahlen synchrotronbestrahlt werden.

Wenn der Atomkern und die Neutronen einer Materie interagieren, können nicht alle Neutronen direkt durch die Mitte hindurchgehen. Einige Neutronen werden abprallen, wenn sie versuchen, den Kern zu durchdringen, und ihre Richtung wird abweichen.

Zu diesem Zeitpunkt kommt das Spektrometer der gepulsten Spallationsneutronenquelle zum Einsatz, das die Flugbahn rechtzeitig erfasst und daraus auf die innere Struktur des Kerns schließt, was die Durchführung von Forschungen für wissenschaftliche Forscher erleichtert.

Wenn Wissenschaftler beispielsweise an unter Wasser lagerndem Methanhydrat forschen, sind in der Tiefe unter Wasser sehr dicke Behälterwände erforderlich, da dort der Druck zu groß ist. Leichte Elemente wie Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff sind relativ schwer einzufangen. Das einzige, was diese leichten Elemente durchdringen kann, für sie empfindlich ist und eine klare Unterscheidung der Struktur von Methanhydrat ermöglicht, ist eine gepulste Spallationsneutronenquelle.

Heutzutage wird die Technologie der gepulsten Spallationsneutronenquelle meines Landes in verschiedenen Bereichen eingesetzt, beispielsweise bei Sicherheitstests von Hochgeschwindigkeitszügen und Flugzeugen sowie bei der Behandlung von Krebs.

Darüber hinaus spielt es eine große Rolle bei der Prüfung der Eigenspannung und der Betriebsleistung großer technischer Komponenten wie Flugzeugtriebwerken, Tiefseetauchbooten, Achssystemen für Hochgeschwindigkeitszüge sowie bei der Materialprüfung von Halbleiterchips, Lithiumbatterien für neue Energien und Wasserstoffspeichermaterialien.

Bislang hat die China Spallation Neutron Source zahlreiche wichtige Ergebnisse in der Grundlagenforschung und in Bereichen mit großem nationalen Bedarf erzielt und verfügt über mehr als 3.400 registrierte Benutzer im In- und Ausland.

Ich freue mich auf weitere Erfolge mit diesem Supermikroskop!