WÜRZBURG

Wilhelm Conrad Röntgens Erben

Blick per Röntgenmikroskop in ein Weizenkorn
Blick per Röntgenmikroskop in ein Weizenkorn Foto: Lehrstuhl für Röntgenmikroskopie, Universität Würzburg

Manchmal wäre es gut, wenn man in die Dinge hineinschauen könnte. Geht natürlich – dank der Entdeckung von Wilhelm Conrad Röntgen (1845 bis 1923). Wenn das, was man sehen möchte, zu klein ist, gibt es ebenso Abhilfe: das Mikroskop.

Am Lehrstuhl für Röntgenmikroskopie der Universität Würzburg werden die beiden Techniken kombiniert. Strukturen in winzigkleinen Dingen sehen zu können, ist faszinierend – wie selbst der Laie bei der Landesgartenschau (LGS) auf einem Monitor im „Lab 13“ sehen kann. Dort, wo sich die Würzburger Hochschulen präsentieren, gibt es auch einen Einblick in die Arbeit mit Röntgenmikroskopen. Was gut zu den LGS-Themenwochen „Geistesblitze“ und „Innovation“ (22. Juni bis 5. Juli) passt.

Würzburg, Hubland Nord. Die Wissenschaftler Randolf Hanke und Simon Zabler sitzen in einem Raum des Flachbaus, in dem vor Jahrzehnten US-Soldatenkinder das ABC lernten. Professor Hanke, der Lehrstuhlinhaber, beginnt, zu erklären.

Winzigste Strukturen

Es geht um Mikrometer, Nanometer, Pikometer und AAngström. Doch bevor dem Nichtphysiker der Kopf schwirrt, ist der Professor mit Konkretem bei der Hand: „Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwa 60 Mikrometern.“ Ein Mikrometer ist der 1000. Teil eines Millimeters. Der Laie hält das für ganz schön dünn. Aus Sicht von Hanke und Zabler ist so ein Haar aber ganz schön dick, denn: „Wir arbeiten im Bereich von 100 Nanometern.“ Ein Nanometer ist der 1000. Teil eines Mikrometers, entspricht also einem Millionstel Millimeter.

Mit einem normalen Mikroskop könne man lediglich bis zu einem Mikrometer sehen, erklärt Dr. Simon Zabler, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut. Zudem zeigt ein optisches Mikroskop bloß die äußere Struktur. Mit der Kombination aus Röntgengerät und Mikroskop kommt man unter die Oberfläche.

Am Fachbereich für Röntgenmikroskopie – es gibt ihn seit gerade mal acht Jahren –, wird nicht nur geforscht. Hier werden, in engem Verbund mit dem Fraunhofer Institut, auch innovative Maschinen entwickelt und gebaut. Man arbeitet auch mit Computertomografie (CT). „Röntgen ist durchschauen, CT ist reinschauen“, bringt Zabler den Unterschied auf den Punkt. Bei der CT sind zwar ebenfalls Röntgenstrahlen im Spiel. Doch die digitale Technik ermöglicht es, das Innere des Objekts Schicht für Schicht darzustellen. Auf diese Weise lässt sich ein dreidimensionales Bild erzeugen, „richtig schön im Detail“, sagt Randolf Hanke. „Wir sehen, wie die Dinge zusammengebaut sind.“

Blick ins Innere einer Zelle

Und um Dinge geht es. Die Forscher und Entwickler am Hubland Nord arbeiten nicht im medizinischen Bereich. Ihre Spezialmikroskope machen Unsichtbares sichtbar. Sie können Bilder von Blumen produzieren – Lilien, Rosen, schön wie Kunstwerke –, die zeigen, wie wunderbar die Welt selbst noch im Allerkleinsten ist. Doch das sind Nebenprodukte. Denn was Hanke mit seinen 25 Mitarbeitern in Würzburg treibt, ist im Allgemeinen stark praxisbezogen: „Es ist angewandte Physik“, sagt der Professor.

Röntgenmikroskope können in einzelne Zellen blicken. „Wir können zum Beispiel erkennen, wie das Wasser in einer Pflanze gegen die Schwerkraft nach oben steigt“, erklärt Hanke, der auch die Fraunhofer-Institute in Fürth und Saarbrücken leitet. Das ist etwa für Biologen hilfreich. Sogar die Keimfähigkeit von Samenkörnern lässt sich überprüfen.

Auch ins Innere von Werkstücken aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff lässt sich blicken. Interessant ist das etwa für Flugzeug- und Autobauer. Einige Forschungslabore von Großkonzernen gehören deswegen zu den Kunden der Würzburger, sagt Professor Hanke.

Röntgenmikroskope können Produktionsprozesse überwachen. Hat ein Verarbeitungsprozess – etwa Gießen oder Schmieden – einem Werkstück Schaden zugefügt? Gibt es Lufteinschlüsse oder mikroskopische Risse im Inneren? „Können wir alles sehen.“ Die Entwickler von der Würzburger Uni können somit sicherstellen, „dass das Bauteil die richtige Qualität hat“, so Professor Hanke und: „Wir liefern die Antworten, die Werkstoffwissenschaftler haben wollen“ – ohne die Objekte zerstören zu müssen. Schadensursachen lassen sich finden, indem man „ins Material reinguckt“.

Diamantensuche und Zukunftsmusik

Röntgentechnik hilft im Bergbau, zum Beispiel in Diamantenminen. Hanke: „Ein Rohdiamant unterscheidet sich optisch praktisch nicht von einem Sandkorn.“ Röntgenstrahlung durchdringt den Abraum und entdeckt den wertvollen Kohlenstoff, aus dem Diamanten bestehen. „Wir sind in der Lage, durch spezielle Verfahren, die wir entwickelt haben, im Bergwerk zu sortieren“, erklärt Randolf Hanke – quasi die guten ins Töpfchen, die Schlechten ins Kröpfchen . . .

Und irgendwann, so die Vision von Professor Hanke, werde Otto Normalverbraucher ganz unmittelbar von der Röntgenmikroskopie profitieren: Dann, wenn ein Gerät im Supermarkt steht, das dem Kunden den Reifegrad einer Melone verrät oder den Zustand der untersten Schicht in einem Erdbeerkörbchen . . .

Zukunftsmusik. „Von der Idee bis zu ihrer Verwertung dauert es zehn Jahre“ so der erfahrene Dr. Ing.

Dann geht's raus aus dem Büro, den Flur entlang – die braun gefliesten Wände sind noch original US-Schule – in die Labors. Hier stehen sie, die technischen Wunderwerke. Stählerne Oberflächen mit Sichtfenstern, Datenleitungen, Monitore, rote Kabel, blaue Kabel, Schilder mit dem „Vorsicht Strahlung“-Piktogramm. Zangen, Scheren, Seitenschneider und eine Rolle Klebeband. Schreibtische, Computer. Dazwischen junge Menschen, die offensichtlich genau wissen, wo sie hinlangen müssen – Röntgens Erben sozusagen. Der Besucher fühlt sich in einer Zwischenwelt aus Werkstatt und Entwicklungsbüro. „Angewandte Physik“: hier kann er es spüren.

Eines der Geräte – es trägt den geheimnisvoll klingenden Namen CRM II Nano-Mikroskop – ist eine Auftragsarbeit, finanziert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG. Es kostet knapp 2 Millionen Euro.

Professor Randolf Hanke und Doktorand Andreas Balles überwachen ein Experiment im Nano Tube CT
Professor Randolf Hanke und Doktorand Andreas Balles überwachen ein Experiment im Nano Tube CT Foto: Thomas Obermeier
Röntgenmikroskopische Aufnahme einer Blüte
Röntgenmikroskopische Aufnahme einer Blüte Foto: Lehrstuhl für Röntgenmikroskopie, Uni Würzburg
Professor Randolf Hanke (rechts) mit den Doktoranden Dominik Müller und Andreas Balles (von links) in einem der Labore des Lehrstuhls für Röntgenmikroskopie.
Professor Randolf Hanke (rechts) mit den Doktoranden Dominik Müller und Andreas Balles (von links) in einem der Labore des Lehrstuhls für Röntgenmikroskopie. Foto: Thomas Obermeier
Doktorand Dominik Müller richtet ein Röntgenmikroskop ein
Doktorand Dominik Müller richtet ein Röntgenmikroskop ein Foto: Thomas Obermeier

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