Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland 2009 - SNI-Portal

UMWELTWISSENSCHAFTENSpürnasen für die UmweltSynchrotronstrahlung liefert wichtige Analysemethodenzur Untersuchung der Umwelt.Eine der großen Herausforderungen unserer Zeit besteht inder Erhaltung der Lebensbedingungen auf unserem Planeten.Das Vordringen der Menschheit in nahezu jeden Bereich derBiosphäre sowie die tiefgreifenden Veränderungen unserer Umweltdurch technologische Prozesse erfordern ein umfassendesVerständnis komplexer Wechselwirkungen – in allen und zwischenallen Teilen unserer Umwelt. So verändert sich etwadurch die Produktion und anschließende Verteilung von natürlichnicht vorkommenden Materialien die Bioverfügbarkeit vielerStoffe. Neue Technologien wie die Nanotechnologieermöglichen die Kontrolle, aber auch die Verbreitung stetigkleiner werdender Objekte. Dem Nachweis dieser Materialienund Stoffe in der Biosphäre sowie der durch sie ausgelöstenProzesse kommt daher überragende Bedeutung zu.Analysemethoden mittels Synchrotronstrahlung bietendurch ihre einmalige Kombination von Eigenschaften wie Multielementsensitivitätund hohe räumliche Auflösung ein universellesWerkzeug zur zerstörungsfreien Untersuchung vonindustriell oder natürlich erzeugten Materialen. Die zu untersuchendenMaterialien reichen dabei von nanoskaligen Objektenwie Partikeln aus extraterrestrischen Quellen und derBiosphäre (Aerosole, Bodenpartikel) bis zu tief vergrabenenMaterialien (Einschlüsse). Neben den klassischen anthropogenenQuellen (Bergbau, Nukleartechnologie) treten zunehmendneue Quellen etwa durch die rasch fortschreitende Entwicklungder Nanotechnologie in den Vordergrund.Ein Bestandteil vieler Fragestellungen ist der elementspezifischeNachweis von Spurenelementen – wie beispielsweise inder Klima- und Paläoklimaforschung, der Geomikrobiologie,oder der Medizin (Biomineralisation). Wesentliche Aspekte sinddabei die Bioverfügbarkeit und Langzeitstabilität, insbesonderevon toxischen oder radioaktiven Materialen aus natürlichen undindustriellen Quellen (siehe nebenstehendes Forschungsbeispiel).Dies erfordert den Einsatz hochentwickelter analytischerVerfahren, die es erlauben, unterschiedliche Materialeigenschaftenvon der atomaren Ebene bis hin zu Teilchenagglomeratenzu erfassen.Im Bereich der Umweltwissenschaften kommt daher dieganze Bandbreite von Synchrotronstrahlungstechniken wieetwa den klassischen Methoden der Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie,der Spektromikroskopie, der Röntgenbeugungzur Phasenanalyse und Strukturbestimmung sowieabbildenden und tomographischen Verfahren zum Einsatz.Spezialisierte Messplätze für die Anwendung von Synchrotronstrahlungin den Umweltwissenschaften sind an allen Quellenverfügbar (ANKA, BESSY II, DORIS III, ESRF, PETRA III) wieetwa die Messplätze zur Untersuchung radioaktiver Proben, INEbei ANKA und ROBL an der ESRF.Fragestellungen aus dem Bereich der Umweltwissenschaftenprofitieren unmittelbar von Verbesserungen verfügbarersynchrotronbasierter Charakterisierungstechniken. So lassenWeiterentwicklungen in der Strahlführung (Mikro- und Nanostrahlen,Energieauflösung) und Detektion (Multielementdetektoren,schnelle Flächendetektoren) eine deutliche Verschiebungder Nachweisgrenzen bei höherer räumlicher Auflösungerwarten. Häufig ist der Einsatz weiterer Methoden erforderlichund legt daher den gezielten Ausbau vonSynchrotronstrahlungsquellen mit integrierten Laboratoriennahe, die eine kontaminationsfreie, umfassende Untersuchungkleinster Probenmengen erlauben.Die Umweltwissenschaften stellen einen rasch wachsendenBereich der Nutzung von Synchrotronstrahlungsquellendar, der zum Teil von Nutzern ohne spezifische Kenntnisse inInstrumentierung und Betrieb von Messplätzen getragen wird.Der adäquaten Betreuung der Nutzer in diesem Bereich kommtdaher große Bedeutung zu.20 Synchrotronstrahlung 2009