Mini-Synchrotron als Röntgenquelle

Seit langem lassen sich hoch brillante Röntgen­strahlen mit Synchrotron-Quellen erzeugen. Diese haben jedoch bislang einen Durchmesser von mehreren hundert Metern und kosten einige Milliarden Euro. An der TU München ist jüngst mit der Die „Munich Compact Light Source“ MuCLS das weltweit erste Mini-Synchrotron eingeweiht worden, mit dem hoch brillante Röntgen­strahlen auf einer Fläche von nur fünf mal drei Metern erzeugt werden können. Das neue Gerät soll vor allem bio­medi­zinischen Frage­stellungen zu Tumor­erkrankungen, Osteoporose, Lungen­erkrankungen und Arterio­sklerose dienen.

Wissenschaftler und Ärzte setzen Röntgenstrahlung standardmäßig für diagnos­tische Zwecke ein. Deshalb ist es ein wichtiges Ziel, die Strahlen qualitativ hoch­wertiger und damit die Diagnosen genauer zu machen. So könnten zum Beispiel auch Weich­teile wie Gewebe besser abgebildet und schon kleinste Tumore erkannt werden. Ein Team der TU München unter der Leitung von Franz Pfeiffer entwickelt deshalb seit langem neue Röntgen­techniken. Jetzt können die Wissen­schaftler das weltweit erste Mini-Synchrotron für hoch brillante Röntgen­strahlung in ihrem Institut nutzen.

Große Ringbeschleuniger erzeugen Röntgenstrahlen, indem sie energiereiche Elektronen durch Magnete abgelenken. Die hohe Energie erhalten sie durch extreme Beschleunigung, wofür die großen Ringsysteme notwendig sind. Das Mini-Synchrotron nutzt eine Technik, bei der Röntgen­strahlen entstehen, wenn Laserlicht auf schnelle Elektronen trifft – in einem Raumgebiet, das halb so dünn ist wie ein menschliches Haar. Der große Vorteil: Hierfür können die Elektronen sehr viel langsamer sein. Deshalb lassen sie sich auch in einem kleinen Ring­beschleuniger von weniger als fünf Meter Umfang speichern.

„Früher mussten wir uns lange vorher bei den großen Synchrotron-Systemen anmelden, wenn wir ein Experiment machen wollten. Jetzt können wir mit einem eigenen Gerät in unseren Laboren arbeiten – das bringt uns in unseren Forschungs­arbeiten sehr viel schneller voran“, so Pfeiffer. Das neue System hat neben der geringen Größe noch weitere Vorteile gegenüber klassischen Röntgen­röhren: Die Röntgen­strahlen sind extrem hell und intensiv. Die Energie der Strahlen lässt sich sehr genau steuern, so dass sie zum Beispiel für unter­schiedliche Gewebe­typen einsetzbar sind. Zudem ermöglichen sie eine sehr viel bessere räumliche Auflösung, weil der Entstehungs­ort des Strahls durch die gezielte Kollision weniger diffus ist.

„Mit der brillanten Strahlung lassen sich einzelne Materialien besser unterscheiden wodurch wir in Zukunft schon sehr viel kleinere Tumore im Gewebe erkennen können. Unser Forschungs­spektrum wird aber auch die Vermessung von Knochen­eigenschaften bei Osteo­porose oder die Bestimmung veränderter Lungen­bläschen­größe bei diversen Lungen­krankheiten umfassen“, so Klaus Achterhold aus dem MuCLS-Team. Die Wissenschaftler wollen das Gerät zunächst vor allem für vorklinische Forschung verwenden, indem sie Gewebe­proben von Patienten untersuchen. Außerdem kombinieren sie die neue Röntgen­quelle mit anderen Systemen, wie dem Phasen­kontrast, einer neuen, von Pfeiffers Team führend mitentwickelten und verfeinerten Methode.

TUM /RK