Ein internationales Forschungsteam hat an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen (TUM) eine neue Technik f\u00fcr bildgebende Verfahren entwickelt. Es wird in Zukunft nicht nur um ein Vielfaches besser aufgel\u00f6ste Messungen mit Neutronen erm\u00f6glichen, sondern k\u00f6nnte auch die Strahlenbelastung bei R\u00f6ntgenaufnahmen verringern.<\/p>\n\n\n\n
Auch moderne Kameras setzen immer noch auf das gleiche Prinzip wie vor 200 Jahren: Statt eines Films wird heute ein Bildsensor f\u00fcr eine bestimmte Zeit belichtet, um ein Bild aufzunehmen. Allerdings wird dabei auch das Rauschen des Sensors mit aufgezeichnet. Bei l\u00e4ngeren Belichtungszeiten stellt das eine erhebliche St\u00f6rungsquelle dar.<\/p>\n\n\n\n
Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus der Schweiz, Frankreich, den Niederlanden und den USA haben Dr. Adrian Losko sowie weitere Kolleginnen und Kollegen der TUM am Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ) nun ein neues bildgebendes Verfahren entwickelt, das einzelne Photonen zeit- und ortsaufgel\u00f6st misst. Photonen k\u00f6nnen damit vom Rauschen getrennt werden, und das st\u00f6rende Rauschen l\u00e4sst sich so stark reduzieren, so TUM in einer Pressemeldung<\/a>.<\/p>\n\n\n\n \u201eMit unserem neuen Detektor weisen wir jedes einzelne Lichtteilchen nach und umgehen dadurch viele physikalische Grenzen klassischer Kameras\u201c, sagt Dr. Adrian Losko, Instrumentwissenschaftler an der Neutronenradiographieanlage NECTAR des MLZ an der TU M\u00fcnchen.<\/p>\n\n\n\n Typischerweise setzen die Forscherinnen und Forscher in der Neutronen-Radiographie bei ihren Messungen Szintillatoren ein, um Neutronen zu detektieren und so zum Beispiel versteinerte Dinosaurereier zu durchleuchten. Wird ein Neutron vom Szintillator-Material absorbiert, werden Photonen erzeugt, Lichtteilchen, die gemessen werden k\u00f6nnen. <\/p>\n\n\n\n Bei allen bisherigen Kameras wird das Licht w\u00e4hrend der gesamten Belichtungszeit gesammelt, dadurch entsteht, abh\u00e4ngig von der Dicke des Szintillators, eine Unsch\u00e4rfe. Das neue Konzept des Forschungsteams hingegen weist jedes einzelne der Lichtteilchen nach, das durch ein Neutron erzeugt wurde. <\/p>\n\n\n\n \u201eVoraussetzung daf\u00fcr war eine neue Chiptechnologie sowie Hard- und Software mit Rechengeschwindigkeiten, die eine Auswertung in Echtzeit erm\u00f6glichen. So k\u00f6nnen wir jetzt Neutron f\u00fcr Neutron ein Bild zusammensetzen\u201c, erkl\u00e4rt Losko. Die Neutronenforschung bietet hier ein ideales Test- und Anwendungsgebiet.<\/p>\n\n\n\n Da die Absorption eines Neutrons im Detektor mehrere Lichtteilchen erzeugt, kann das neue System durch eine Koinzidenzmessung mehrerer Lichtteilchen einzelne Neutronen nachweisen. \u201eDamit kommen wir weg vom klassischen Modell der Belichtungszeit und messen nur die Ereignisse, die stattgefunden haben.\u201c<\/p>\n\n\n\n Insgesamt stellt das neue Konzept alle bisher auf dem Markt existierenden Technologien in den Schatten, denn es erm\u00f6glicht jetzt schon eine dreimal bessere \u00f6rtliche Aufl\u00f6sung und ein mehr als siebenmal geringeres Rauschen. \u201eDie Limitierung durch die Dicke des Szintillators ist stark reduziert. Dies erm\u00f6glicht eine h\u00f6here Effizienz f\u00fcr hochaufl\u00f6sende Messungen\u201c, so Losko. Auch das Nachleuchten von Szintillatoren, das ein sogenanntes Ghost-Image erzeugt, f\u00e4llt weg.<\/p>\n\n\n\n \u201eViele Instrumente an der Forschungs-Neutronenquelle k\u00f6nnten von unserem neuen Konzept profitieren\u201c, so Losko. Als Beispiel nennt er das Instrument FaNGaS (Fast Neutron-induced Gamma-ray Spectrometry): \u201eDadurch, dass wir genau wissen, wann ein Neutron ankommt, kann der Zeitbereich, in dem wir das Gamma-Teilchen messen, auf eine millionstel Sekunde verringert werden.\u201c Das w\u00fcrde das Untergrund-Rauschen um den Faktor einer Million reduzieren.<\/p>\n\n\n\n Auch in der Medizin k\u00f6nnte der neue Detektor zum Einsatz kommen. Bei der R\u00f6ntgen-Aufnahme eines Knochenbruchs w\u00fcrden feine Strukturen, wie Knochen-Haarrisse, besser erkennbar und gleichzeitig die Strahlenbelastung f\u00fcr den Patienten minimiert. <\/p>\n\n\n\n \u201eUnser Verfahren wird in der wissenschaftlichen Welt definitiv die Detektoren ver\u00e4ndern\u201c, so Losko. Und m\u00f6glicherweise werden \u00e4hnliche Prinzipien irgendwann auch in normalen Kameras f\u00fcr den Privatgebrauch Einzug halten. Aufnahmen bei Dunkelheit w\u00fcrden sich dadurch stark verbessern. Au\u00dferdem k\u00f6nnten Fotografen die Belichtungszeit und die Aufl\u00f6sung auch nach der Aufnahme noch anpassen. Das Rauschen von Kameras lie\u00dfe sich praktisch eliminieren.Messung einzelner Lichtteilchen<\/h3>\n\n\n\n
Statt langer Belichtungszeit exakt messen, was passiert<\/h3>\n\n\n\n
Geringere Strahlenbelastung und mehr Details beim R\u00f6ntgen<\/h3>\n\n\n\n
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