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Anwendung von nukleare Sonden und Ionenstrahlen in der Physik

Typische Untersuchungen mit nukleare Sonden und Ionenstrahlen befassen sich mit der Zusammensetzung, Struktur oder den magnetischen Eigenschaften von Festkörpern. Außerdem können Materialien bearbeitet und modifiziert werden, was besonders in den Nanowissenschaften von Bedeutung ist. Die Bandbreite der Eigenschaften, die untersucht werden können, eröffnet ganz verschiedene Bereiche der Physik. Die Anwendungen reichen von der Grundlagenforschung bis zu ganz konkreten Anwendungen.

Radioaktive Isotope werden inzwischen routinemäßig als lokale nukleare Sonden in Metallen, Halbleitern und neuerdings auch für die Untersuchung von Biomolekülen, Oberflächen und Grenzschichten eingesetzt. Polarisierte Myonen stellen eine hochempfindliche Sonde für die Untersuchung von statischen und dynamischen Eigenschaften magnetischer Materialien unter einer Vielzahl unterschiedlicher experimenteller Bedingungen dar, wie variabler Temperatur, variablem Druck, in Magnetfeldern oder elektrischen Feldern. Als "leichtes Isotop" des Wasserstoffs bieten sie einen einzigartigen Zugang zum Verständnis von Wasserstoff in Isolatoren, Metallen, Halbleitern und organischen Materialien. Positronen stellen über die Zerstrahlung mit den Elektronen des Festkörpers eine exzellente Sonde für die Vermessung von Elektronenimpulsverteilungen (Fermiflächen) dar. Der Einsatz von Positronen als Defektsonde bildet derzeitig aber das wichtigste Anwendungsgebiet, da Positronen mit Leerstellen und Leerstellenagglomeraten in Metallen, Halbleitern und Isolatoren sehr empfindlich reagieren. Beschleunigte Teilchen eignen sich aufgrund ihrer Wechselwirkungen in hervorragender Weise für die Materialanalytik, denn beim Durchgang von Ionenstrahlen durch Materie können elastische und unelastische Streuungen, Kernreaktionen und elektromagnetische Anregungen auftreten. Die Wechselwirkung der Teilchenstrahlen mit den Atomen im Festkörper beruht dabei entweder auf der Coulomb-Wechselwirkung der eingeschossenen Ionen mit den Elektronen und Atomkernen der Materie oder auf der Wirkung der Kernkräfte, die zwischen den Kernen des Ions und der Atome der Materie auftreten. Die Wechselwirkungen der ersten Gruppe bewirken eine Abbremsung bzw. einen typischen Energieverlust der Teilchen beim Durchgang durch Materie, die der zweiten Gruppe umfasst alle Prozesse, bei denen neben der Kernstreuung und -anregung auch Kernumwandlungen auftreten. Auf diese Weise ist es möglich, fast alle Elemente in beliebigen Materialien mit hoher Sensitivität nachzuweisen. Weitere Informationen finden Sie unter unter "Forschungsfelder".

Quelle: Erforschung kondensierter Materie mit nuklearen Sonden und Ionenstrahlen an Großforschungsanlagen in Deutschland - Status und Perspektiven

Von Kernen und Sternen - Nukleosynthese im Labor

Physik mit Ionenstrahlen - Innovative Forschung in Deutschland

Das Verständnis der kosmischen Herkunft der chemischen Elemente verbindet Astro- und Kernphysik und formt das Gebiet der Nuklearen Astrophysik. Die Kernreaktionen, die das zentrale Thema der Nuklearen Astrophysik sind, beeinflussen sehr sensitiv die Nukleosynthese der Elemente und kontrollieren die Energieproduktion, die Neutrinoleuchtkraft und die Entwicklung der Sterne. Die Messung der Wirkungsquerschnitte dieser Kernreaktion ist essentiell für unser Wissen über diese Prozesse. [mehr]
Defekterzeugung und -analyse in Festkörpern bei 15 Kelvin

Physik mit Ionenstrahlen - Innovative Forschung in Deutschland

Grundlegende Untersuchungen zur Ion-Festkörper- Wechselwirkung sind eine wesentliche Voraussetzung für die erfolgreiche technologische Anwendung der Ionenimplantation. Dafür sind oft niedrige Temperaturen notwendig, um ionenstrahlinduzierte von thermischen Prozessen zu unterscheiden. [mehr]
Dreidimensionale Wasserstoffmikroskopie

Physik mit Ionenstrahlen - Innovative Forschung in Deutschland

Wasserstoff ist ein Element, das in vielen Materialien die physikalischen und chemischen Eigenschaften entscheidend bestimmt oder zumindest beeinflußt. Der quantitative Nachweis von Wasserstoffverteilungen spielt daher eine zentrale Rolle zum Verständnis und somit auch zur Optimierung der Eigenschaften nahezu aller Materialien. [mehr]
> Was ist Forschung mit nuklearen Sonden und Ionenstrahlen?
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