Röntgen-Screening für Werkstoffe

Screening – in der Wissenschaft ist das eine systematische Reihenuntersuchung. Zur Anwendung kommt sie bislang vor allem in der Pharmaforschung: Mithilfe spezieller Roboter werden Zigtausende von Wirkstoffkandidaten gleichzeitig untersucht, um herauszufinden, ob einer von ihnen den erhofften Effekt zeigt, etwa die Hemmung einer Infektion.

PETRA IV mit seinem extrem gebündelten Röntgenlicht könnte das Screening künftig auch für ein anderes Feld erschließen – die Materialwissenschaften.

Hier stehen die Fachleute nicht selten vor folgendem Problem: Sie wollen ein bestimmtes Material optimieren, möchten zum Beispiel die Spitze eines Bohrkopfes durch eine neuartige Beschichtung härter und haltbarer machen. Allerdings gibt es Abertausende Variationen, wie dieses Material beschaffen sein könnte, denn bereits kleinste Unterschiede in der Legierungsrezeptur oder der Kristallstruktur können zu merklichen Veränderungen der Werkstoffeigenschaften führen. „Um alle diese Varianten mit Röntgenstrahlung zu analysieren, müssten Sie im Prinzip Tausende von Materialproben herstellen“, erläutert Christina Krywka vom Helmholtz-Zentrum Hereon. „Das ist sehr aufwändig, und diese vielen Proben müssen Sie dann ja auch noch untersuchen.“  

Effizienter wäre es, eine einzelne Probe herzustellen, die an verschiedenen Stellen unterschiedliche Eigenschaften besitzt – jeweils leicht veränderte Kristallstrukturen und Materialzusammensetzungen. Solche „Vielfachproben“ lassen sich im Prinzip bereits heute herstellen, und zwar, indem eine Unterlage mit unterschiedlichen Schichten von Atomen bedampft wird. Dadurch ist es möglich, gezielt Materialien mit kontinuierlich veränderlichen Parametern zu produzieren. Das Ergebnis könnte zum Beispiel ein Würfel sein, der an jeder Stelle leicht unterschiedliche mechanische Eigenschaften besitzt.

„Mit den heutigen Röntgenquellen ließe sich ein solcher Würfel allerdings kaum durchleuchten“, erklärt Krywka. „Dazu braucht es einen extrem feinen und hochintensiven Röntgenstrahl, der sich sehr genau fokussieren lässt.“ Einen solchen Strahl wird PETRA IV liefern – und könnte damit den Materialwissenschaften eine neue, visionäre Methode an die Hand geben.