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Teleobjektiv für harte Strahlen

28.04.2004 - (idw) Forschungsverbund Berlin e.V.

Am Institut für Kristallzüchtung entstehen Bauteile für eine französische Weltraummission

Was noch vor zwei Jahrzehnten für physikalisch unmöglich gehalten wurde, soll in wenigen Jahren im Weltraum erprobt werden: eine Linse für Gammastrahlen. Die entscheidenden Bauteile dafür kommen aus Berlin. Am Institut für Kristallzüchtung (IKZ) in Adlershof wachsen die Germanium-Silizium-Kristalle heran, die bei dem Gammastrahlenteleskop zum Einsatz kommen. Das Züchtungsverfahren dafür hat Nikolai Abrosimov am IKZ entwickelt.

Der promovierte Physiker erläutert den Hintergrund des geplanten gemeinsamen Projekts mit den französischen Astrophysikern von Forschungszentrum für Weltraumstrahlung (CESR) der Universität Toulouse und der französischen Weltraumorganisation CNES. Es geht darum, Gammastrahlen aus dem Weltall zu fokussieren. Damit ließen sich dann etwa Sternenexplosionen (Supernovae) in fernen Galaxien näher untersuchen. Linsen, die die extrem kurzwelligen Strahlen so brechen wie optische Linsen das langwelligere Licht, existieren allerdings nicht. Es schien daher lange Zeit unmöglich, ein Objektiv zu bauen, das die Quellen der Gammastrahlen anvisiert. Genau so ein Objektiv wäre aber die Voraussetzung dafür, den Ursprung der Gammastrahlen überhaupt zu finden und dann genauer zu analysieren.

Die Lösung des Problems: Die Strahlen werden durch ein Kristallgitter gebeugt und so auf einen Detektor gelenkt. Eine Kombination aus den Halbleitermaterialien Germanium und Silizium ist dazu in der Lage. Hierfür muss allerdings ein Kristall gezüchtet werden, der ganz bestimmte Störstellen aufweist. "Man kann sich die Kristallgitterebenen vorstellen wie Spiegel", sagt Nikolai Abrosimov. "Für unsere Zwecke darf der Spiegel jedoch nicht zu genau reflektieren, er muss ein bisschen ,unscharf' sein." Auf diese Weise wird es möglich, mehr Gammastrahlen einzufangen. Abrosimov hat herausgefunden, wie man die Züchtungsbedingungen so modifiziert, dass die maßgeschneiderte Struktur entsteht. Basis ist das Czochralski-Verfahren, bei dem die Kristalle aus einer Schmelze gezogen werden.

Das IKZ bestückte mit den Spezialkristallen bereits eine Weltraummission namens CLAIRE: die Beobachtung der Gammastrahlung aus dem klassischen Testobjekt der Astrophysik - dem Krebsnebel . Dabei handelte es sich um das Gammalinsensystem und einen Detektor, die vor knapp drei Jahren mit einem Stratosphärenballon getestet wurden. Das Linsensystem bestand aus 600 Germanium-Silizium Kristallen.

Jetzt plant die französische Weltraumorganisation eine Nachfolgemission namens MAX unter der Leitung des Astrophysikers Peter von Ballmoos. Gammalinse und Detektor sollen an Bord zweier Satelliten in den Weltraum geschossen werden. In seiner Endversion würde MAX ein Teleskop ermöglichen, das eine Brennweite von 133 Metern aufweist. Dies käme einem gigantischen Teleobjektiv gleich, mit dem auch weit entfernte Gammastrahlenquellen ins Visier genommen werden können.

Zunächst wird geprüft, ob man für den Bau des Teleskops benötigten Voraussetzungen erfüllen kann. Wenn alles klappt, könnte das Gammstrahlenteleskop MAX dann in sechs Jahren in den Orbit gehen. Damit hätte man ein Werkzeug, um unter anderem die Entstehung schwerer chemischer Elementen bei der Supernovaexplosionen genauer zu verstehen.

Ansprechpartner: Dr. Nikolai Abrosimov; Tel.: 030 / 6392-3010

Mehr über das Projekt im Internet unter:
http://www.cesr.fr/~pvb/MAX/presentations/CLAIRE+MAX_Munich04.pdf

Das Institut für Kristallzüchtung (IKZ) im Forschungsverbund Berlin e.V. züchtet, bearbeitet und charakterisiert Kristalle unter Einsatz zahlreicher unterschiedlicher Methoden. Zugleich entwickelt es Baugruppen für Kristallzüchtungsanlagen und befasst sich mit der numerischen Modellierung der Kristallzüchtung. Das Institut versteht sich als Kompetenzzentrum zu allen wesentlichen naturwissenschaftlichen und technischen Fragen, die die Züchtung und das Wachstum von Volumenkristallen betreffen. Das Institut nimmt eine Servicefunktion wahr, indem es Kristalle, Anlagen und Verfahren für Kooperationspartner und Auftraggeber entwickelt oder bereit stellt. Es ist Teil des Forschungsverbundes Berlin e.V. (FVB).

Im Forschungsverbund Berlin (FVB) sind acht natur-, umwelt- und lebenswissenschaftlich orientierte Institute zusammengeschlossen, die wissenschaftlich eigenständig sind, aber im Rahmen einer einheitlichen Rechtspersönlichkeit gemeinsame Interessen wahrnehmen. Alle Institute des FVB gehören zur Leibniz-Gemeinschaft.

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