LANRS: Erforschung der Gitterdynamik von Nanostrukturen und der aktiven Zentren in Eisenproteinen und Batterien mit Kernresonanzstreuung - Teilprojekt 1: Aufbau einer Fokussierungsoptik für 14.4 keV Synchrotronstrahlung mit eisenfreien Beryllium-Linsensystemen

Abstract

Ziel des Projekts war die Weiterentwicklung von Experimentiermöglichkeiten für eine spezielle Methode, die auf mit an Beschleunigern erzeugter elektromagnetischer Strahlung im Röntgenbereich basiert, der sogenannten kernresonanten Streuung (Nuclear Resonant Scattering, NRS), und die auf dem Mössbauer-Effekt basiert. Diese Methode ermöglicht es, nicht nur die Struktur von eisenhaltigen Materialien zu untersuchen, sondern auch deren dynamische, elektronische und magnetische Eigenschaften. Dadurch ist sie besonders wertvoll für die Erforschung von eisenhaltigen Nanomaterialien, chemischen Verbindungen und biologischen Systemen wie eisenhaltigen Proteinen. Ein zentrales Problem bisheriger Experimente bestand darin, dass die eingesetzten Fokussierungssysteme für die Röntgenstrahlung - sogenannte Berylliumlinsen - oft geringe Eisenverunreinigungen enthalten. Diese Verunreinigungen erzeugen störende Hintergrundsignale, die insbesondere bei empfindlichen Messungen an Proben mit sehr geringem Eisenanteil (z. B. biologische Proben oder Nanostrukturen) die Datenqualität deutlich beeinträchtigen. Das Hauptziel des Projekts bestand daher darin, ein verbessertes Fokussierungssystem für Röntgenstrahlung mit einer Energie von 14,4 keV zu entwickeln. Dieses sollte eine sehr feine Bündelung (im Prinzip bis in den Submikrometerbereich) ermöglichen und gleichzeitig möglichst frei von störenden Verunreinigungen sein. Zusätzlich sollten geeignete Messmethoden und Softwarelösungen entwickelt werden, um die untersuchten Proben präzise auszurichten und die gewonnenen Daten effizient auszuwerten. Das Projekt war Teil des Forschungsverbunds LANRS, in dem mehrere wissenschaftliche Einrichtungen zusammenarbeiteten, um neue experimentelle Möglichkeiten für die Material- und Lebenswissenschaften zu schaffen.