Neue Laser-Technik erlaubt es, durch meterdicke Betonwände zu blicken

Forscher haben erstmals mit einem lasergesteuerten Myonen-Strahl durch eine zwei Meter dicke Betonwand geblickt. Die in Rumänien getestete Technologie macht Bleiblöcke sichtbar, die für herkömmliche Röntgenstrahlung im Verborgenen bleiben.

Blick durch zwei Meter Beton

Forscher der Forschungsanlage Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics (ELI-NP) im rumänischen Magurele haben erstmals ein Bild mithilfe eines lasergesteuerten Myonen-Strahls erzeugt. Wie aus einer kürzlich auf arXiv veröffentlichten Vorabpublikation hervorgeht, gelang es dem Team, durch eine zwei Meter dicke Betonwand hindurch Bleiblöcke sichtbar zu machen. Damit demonstrierten sie eine Technologie, die massivere Hindernisse durchdringen kann als herkömmliche Röntgenstrahlung.

Myonen sind Elementarteilchen, die stark an Elektronen erinnern, jedoch eine rund 200-mal größere Masse aufweisen. Aufgrund ihrer speziellen physikalischen Eigenschaften verlieren sie beim Durchqueren von Materie nur sehr langsam an Energie, sodass sie tiefe Gesteins- oder Metallschichten passieren. Bislang nutzten Wissenschaftler für solche Scans natürliche Myonen aus der kosmischen Strahlung, was aufgrund der geringen Teilchendichte oft monatelange Messungen erforderte.


Um den Prozess zu beschleunigen, setzten die Wissenschaftler nun auf eine künstliche Erzeugung. Wie Phys.org berichtet, nutzte das Team um Madalina Dobre einen extrem leistungsstarken Laser. Die Anlage erreicht eine Spitzenleistung von zehn Petawatt. Das System feuerte kurze Lichtblitze in eine Gaskammer, wodurch Elektronen enorm beschleunigt wurden. Prallten die beschleunigten Partikel auf ein festes Ziel, entstanden hochenergetische Photonen, die über den sogenannten Bethe-Heitler-Prozess Myonen-Paare erzeugten.

Filterung und Detektion

Um eine klare Messung zu gewährleisten, leiteten die Forscher den Strahl durch einen speziellen Filter aus Kunststoff und Paraffin, der unerwünschte Nebenpartikel abfing. Die verbliebenen Teilchen durchdrangen die massive Betonwand und trafen auf tragbare Detektoren, die sich in einem bis zu 42 Meter entfernten Transporter befanden. Computersimulationen bestätigten im Nachgang, dass es sich bei etwa 90 Prozent der gemessenen Partikel tatsächlich um künstliche Myonen handelte.

Mögliche Anwendungsgebiete

Trotz des Erfolgs steht die Technologie noch am Anfang. Die Auflösung des erzeugten Schattens der Bleiblöcke ist bisher gering und liefert kaum Details über die groben Umrisse hinaus. Zudem feuert der genutzte Laser derzeit nur etwa einmal pro Minute. Auch der übliche Peer-Review-Prozess der Studie steht aktuell noch aus.

Sollte es in Zukunft gelingen, die Laser zu verkleinern und die Detektoren zu verbessern, eröffnen sich weitreichende Möglichkeiten. Ein portables System könnte dabei helfen, alternde Infrastruktur wie Brückenpfeiler zerstörungsfrei zu prüfen oder Schiffsrümpfe auf Risse zu untersuchen. Ebenso könnten Archäologen von schnelleren Scans antiker Bauwerke profitieren, während Grenzbehörden abgeschirmte Frachtcontainer auf geschmuggeltes Nuklearmaterial kontrollieren könnten, ohne die Behälter öffnen zu müssen.

Was haltet ihr von der Laser-Technik zum Durchleuchten massiver Wände? Seht ihr den größten Nutzen in der Archäologie oder bei Grenzkontrollen? Schreibt eure Gedanken in die Kommentare!

Siehe auch: