Der empfindlichste Detektor zur Messung von Radioaktivität

Der empfindlichste Detektor zur Messung von Radio­aktivität in Deutschland steht jetzt in Dresden. Nach langer Entwicklungs­arbeit haben Forscher der TU Dresden und des HZDR den Aufbau im Untertage­labor „Felsenkeller“ Dresden in Betrieb genommen. Sie können damit fortan Proben von Stoffen und Materialien mit einer Radio­aktivität im Bereich von hundert Mikro­bequerel analysieren. Damit gehört der Messaufbau im Felsenkeller­labor zu der Weltspitze der sensitivsten Messgeräte für Radio­aktivität.

„Wenn man seltene Prozesse und geringe Aktivitäten in der Physik untersuchen möchte, dann braucht man prinzipiell zwei Dinge: einerseits viel Geduld – denn die Prozesse finden ja nur selten statt – und andererseits eine Umgebung, die möglichst strahlungsarm ist, damit der Detektor nicht permanent von natürlichen Strahlungs­quellen, wie sie beispiels­weise in jedem Baumaterial vorhanden sind, gestört wird“, erklärt Steffen Turkat von der TU Dresden.

So schützt die 45 Meter dicke Felsschicht im Stollen des ehemaligen Eislagers der Dresdner Felsenkeller-Brauerei den Detektor zwar vor einem Großteil der kosmischen Strahlung, jedoch nicht vor der natürlichen Radio­aktivität aus der Umgebung. Daher mussten die Forscher den Detektor zusätzlich mit einer ausge­tüftelten Anordnung aus strahlungs­armen Betonwänden, großen Mengen an Blei und Kupfer sowie Veto-Detektoren schützen. Nur so kann dieser hoch­empfind­liche Aufbau funktionieren und Kern­umwand­lungen aus den wert­vollen Proben auswerten.

„Ich freue mich besonders über die Vielzahl an ungeplanten Anfragen von interes­sierten Kollegen weltweit, die den Detektor nun gerne nutzen würden. Bei diesen Anfragen geht es dann schnell mal um extrem wertvolle und seltene Proben, die wissen­schaft­lich äußerst spannend sind, die aber mit anderen Detektoren nicht analysiert werden können. So ein Detektor erzeugt somit automatisch neue Kollabo­ra­tionen und Vernetzungen zu anderen faszinierenden Fachgebieten“, erläutert Turkat.

Kai Zuber, wissenschaft­licher Leiter des Felsenkeller-Labors, freut sich insbesondere darauf, seine eigenen anspruchs­vollen Forschungs­interessen in der Physik jenseits des Standard­modells jetzt vor der Haustür verfolgen zu können: „Ich interessiere mich vor allem für den doppelten Betazerfall und die Suche nach Prozessen, die die geladene Leptonenzahl verletzen würden. Aber auch für die Verbesserung der Halbwerts­zeiten von Radio­nukliden ist der Felsenkeller nun exzellent geeignet.“

Auch Daniel Bemmerer vom HZDR ist begeistert von den neuen Möglichkeiten, die der Detektor bietet: „Wir können nun Aktivierungs­messungen für Kernfusions-Experimente bei Energien durchführen, die den eigent­lichen Energien und Temperaturen in unserer Sonne wesentlich näherkommen, als es bisher möglich war. Dadurch wird auch eine neue Nutzungs­möglich­keit für den Felsenkeller-Beschleuniger geschaffen.“ Neben dem neuen Detektor ist in Deutschlands tiefstem Untertage-Physiklabor bereits seit 2019 ein Ionen­beschleuniger zur Untersuchung der wichtigsten Prozesse im Inneren der Sterne in Betrieb.

TU Dresden / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  S. Turkat et al.: A new ultra low-level HPGe activity counting setup in the Felsenkeller shallow-underground laboratory, Astroparticle Phys. 148, 102816 (2023); DOI: 10.1016/j.astropartphys.2023.102816
• Institut für Kern- und Teilchenphysik, Technische Universität Dresden
• Nukleare Astrophysik, Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf