Das Institut, das alles durchschaut

Ein Besuch am Atominstitut zeigt, was man mit Röntgenstrahlen machen kann: Von Kunst- bis Schadstoffanalysen ist hier vieles möglich

Wer je das schwierige Wort Röntgenfluoreszenzspektrometrie gehört hat, wird kaum an etwas anderes als an einen lästigen Termin beim Arzt denken. Was man damit tatsächlich machen kann, zeigten unter anderem Wissenschafter am Deutschen Elektronen-Synchrotron (Desy) vor vier Jahren, als sie unter Vincent van Goghs Gemälde Grasgrond ein Frauenporträt sichtbar machten und fotografierten.

Das Kunstwerk wurde auf einer Fläche von 17,5 mal 17,5 Zentimetern zwei Tage lang bestrahlt und gescannt, wobei man die Fluoreszenz der einzelnen Farbschichten unterscheiden und Farbpigmente sichtbar machen konnte. Zum Vorschein kam etwas, was dem Maler offensichtlich nicht wert erschien, aufgehoben zu werden. Also malte er eine Wiese darüber.

Christina Streli, Strahlenphysikerin am Atominstitut der TU Wien, schwärmt von den Möglichkeiten der Synchrotronstrahlung. Sie entsteht, wie es in Physiklehrbüchern heißt, indem Elektronen mit beinahe Lichtgeschwindigkeit durch einen Beschleuniger gejagt werden, wie er eben am Desy in Hamburg steht. Der Clou daran ist: Die besonders intensive Strahlung kann auch noch fokussiert werden - auf eine Fläche von einigen zehn Nanometern Durchmesser. Das ist ein Hundertstel eines Mikrometers. Wobei man natürlich wissen muss, in welch winzigen Sphären sich die Wissenschafter da bewegen: Denn bei fünf Mikrometern spricht man von einem Haar. Jedenfalls kann man so genau berechnen, wo in der untersuchten Probe, zum Beispiel in einer Zelle, ein bestimmtes Element vorhanden ist.

Spurenelemente im Knochen

Streli und ihr Team nutzten diese Technik zuletzt in einem vom Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Projekt. Sie untersuchten Knochenproben - sowohl von Osteoporosepatienten, die eine künstliche Hüfte erhalten haben, als auch von gesunden Testpersonen. Danach verglichen sie die Verteilung von Spurenelementen in den Knochen. Das Ludwig-Boltzmann-Institut für Osteologie wollte nämlich herausfinden, welche Rolle Blei, Zink, Strontium und Kalzium dabei spielen - und erkannte, dass ein Einfluss von Blei bei der Erkrankung von Hüftknorpeln nicht auszuschließen ist. Bei der vom Atominstitut organisierten Großkonferenz "European Conference on X-ray Spectrometry" (bis 22. Juni) in Wien mit fast vierhundert Teilnehmern werden die Forscher unter anderem dieses Thema besprechen.

Von Blei weiß man ja, dass es sich in den Knochen ablagert. Atmet man Luft mit einer erhöhten Konzentration dieses Elements ein, trinkt man Wasser, in dem zu viel Blei enthalten ist, dann lagert es sich im Knochen ab und hat dort eine sehr lange und schädliche Halbwertszeit von zwanzig bis dreißig Jahren. Vor allem Kinder seien gefährdet, sagt Peter Wobrauschek, mittlerweile emeritierter Strahlenphysiker am Atominstitut, und spricht von Gehirnschädigungen und kognitiven Störungen, die dabei auftreten können.

Wobrauschek hat in seiner Dissertation die Fundamente der Totalreflexions-Röntgenfluoreszenzanalyse entwickelt, mit der man genau diese schadhafte Konzentration erkennen kann. Die Methode ist zeitsparend. Wobrauschek: "Früher musste man bleihältige Luft stundenlang durch Luftfilter sammeln." Mit seiner Analyse genügt eine zwanzigminütige Sammelzeit, vorausgesetzt, man verwendet Synchrotronstrahlung.

Boom der tragbaren Geräte

Erhöhte Bleikonzentrationen sind auch der Grund, warum Röntgenspektrometriemesssysteme "in der Größe einer Zigarettenschachtel" , wie Christina Streli sagt, einen Boom erleben. Handhelds, in dem Strahlenquelle und Messung kombiniert sind, werden etwa 5000-mal im Monat verkauft. "Dieser Trend kam über die Gefahr", erzählt Wobrauschek und verweist auf Zollkontrollen, in deren Verlauf kontaminiertes Spielzeug entdeckt und ausgemistet wurde. In den USA seien auch mit billigen Farben ausgemalte Wohnungen auf ihren Bleigehalt untersucht worden.

Das Atominstitut ist mit anderen Untersuchungen beschäftigt: Die Wissenschafter analysieren mit einem speziellen Spektrometer Lacksplitter, die an Unfallorten gefunden werden. Forensiker wollen so erkennen, ob und zu welchen Fahrzeugen sie gehören.

Ein anderes hier entwickeltes Spektrometer mit dem klangvollen Namen " Portable Art Analyser" wird am Kunsthistorischen Museum Wien verwendet.

Die wichtigste Voraussetzung wurde dabei schon mit der Art der Strahlung erfüllt: Sie verschwindet, wenn man das Gerät ausschaltet, und hinterlässt keinerlei Zerstörungen an Kunstwerken. Experten können aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen, die das Gerät empfängt, auch die Zusammensetzung einer Probe bestimmen und wissen dann, welche Materialien sie vor sich haben.

Christina Streli beschreibt dies plastisch: "Wir sind in der Lage, eine schwarze Kugel unter einer Milliarde weißen zu finden." Das scheint nicht nur für die Arbeit an Kunstwerken zu gelten. (Peter Illetschko, DER STANDARD, 20.6.2012)