Am Nationalen Zentrum für Forschung zu seltenen Isotopen (FRIB) an der Michigan State University wurde ein wichtiger Meilenstein in der experimentellen Physik erreicht. Wissenschaftler haben erfolgreich die ersten Tests des neuen Gammastrahlungsdetektors GRETA (Gamma-Ray Energy Tracking Array) durchgeführt. Die Testergebnisse bestätigten vollständig die spezifizierten Leistungsmerkmale, und die Anlage ist nun für den vollständigen wissenschaftlichen Betrieb bereit.

Revolution bei der Messung von Gammaquanten

Der Hauptunterschied des GRETA-Systems gegenüber herkömmlichen Gammaspektrometern liegt im Funktionsprinzip. Während klassische Detektoren lediglich die Energie der Gammastrahlung messen können, ermöglicht die neue Anlage die Bestimmung der genauen dreidimensionalen Position jeder Wechselwirkung eines Gammaquants innerhalb des Detektors. Dies erlaubt es, den Weg des Teilchens buchstäblich nachzuverfolgen, was die Messgenauigkeit drastisch erhöht.

Die Anlage basiert auf hochreinen Germaniumkristallen mit segmentierten elektrischen Kontakten. Wenn ein Gammaquant den Detektor trifft, erfasst die Elektronik die entstehenden Signale und berechnet den Wechselwirkungsort mit hoher Präzision. Dank dessen können Forscher nützliche Daten viel effizienter vom Hintergrundrauschen trennen.

Komplexe Ingenieurskunst und internationale Zusammenarbeit

Die Entwicklung von GRETA war das Ergebnis einer umfassenden Zusammenarbeit mehrerer US-Nationallabore. Die wichtigsten Detektormodule wurden von Spezialisten des Lawrence Berkeley National Laboratory entwickelt. Ingenieure der Argonne- und Oak Ridge-Nationallabore waren für die Hilfsysteme und die Software zur Signalverarbeitung verantwortlich.

Während der ersten Tests richteten die Wissenschaftler einen Strahl leichter Atomkerne auf ein festes Ziel. Bei den Kollisionen entstanden angeregte Kerne, die Gammaquanten emittierten. Dieser Prozess ermöglichte es, die Synchronisation und die Funktionsweise aller Schlüsselsysteme zu überprüfen. Die erhaltenen Ergebnisse entsprachen vollständig den Berechnungen.

Von der Grundlagenforschung bis zur Medizin

Die Forscher hoffen, dass GRETA dazu beitragen wird, die Grenzen der Existenz von Atomkernen besser zu verstehen, die Prozesse der Bildung schwerer chemischer Elemente bei Supernova-Explosionen und der Verschmelzung von Neutronensternen sowie eine Reihe fundamentaler physikalischer Theorien zu überprüfen. Das System wird es ermöglichen, extrem seltene und kurzlebige Atomkerne zu untersuchen, die zuvor schwer zu erforschen waren.

Aus长远er Perspektive könnten die mit dem neuen Komplex gewonnenen Ergebnisse nicht nur für die Grundlagenforschung nützlich sein. Die Entwickler glauben, dass die Technologien, die GRETA zugrunde liegen, Anwendung finden könnten in:

  • Kernenergie;
  • Medizinischer Diagnostik und Therapie;
  • Systemen zur Strahlungskontrolle;
  • Der Gewährleistung der nationalen Sicherheit.