Dezember

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wie Wurzeln
Forschung
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Bei der Aufnahme von Wasser
und Nährstoffen durch die
Wurzeln der Pflanzen kommt es
zu komplexen Wechselwirkungen
mit dem umgebenden Boden.
„Die tomographische Methode
ermöglicht es, die Wasserflüsse
im Boden und in den Wurzeln
im Zeitverlauf festzuhalten“,
sagt Dr. Christian Tötzke, der
das Forschungsteam der Universität
Potsdam leitet. „Diese Einsichten
können dabei helfen,
Strategien zum effizienteren und
nachhaltigeren Einsatz von Wasser
und Dünger beim Anbau von
Nutzpflanzen zu entwickeln“.
Neutronen reagieren empfindlich
auf leichte Elemente wie Wasserstoff,
der im Wasser enthalten
ist. Mit Neutronentomographie
lässt sich daher der Wassergehalt
präzise kartieren, sowohl in
den Wurzeln als auch im umgebenden
Boden. Denn wie Pflanzen
sich mit Wasser und Nährstoffen
versorgen können, hängt
maßgeblich von Eigenschaften
der Rhizosphäre ab, einer wenige
Millimeter dicken Bodenschicht,
welche die Wurzeln umgibt. Dieser
Bereich umfasst nicht nur die
mineralischen und organischen
Bestandteile des Bodens, sondern
wird durch Ausscheidungen der
Wurzeln und durch die Aktivität
von Mikroorganismen beeinflusst.
Bisher dauerten 3D-Aufnahmen
mit zeitaufgelöster Neutronenbildgebung
mindestens zehn Sekunden
pro Aufnahme. Damit
war es schwierig, schnelle Prozesse
wie die Infiltrierung des
Wurzelraumes mit Wasser im Detail
zu dokumentieren. Um mehr
Aufnahmen in kürzerer Zeit zu ermöglichen,
optimierte ein Team
um den HZB-Experten Dr. Nikolay
Kardjilov die Methode am kürzlich
eröffneten Tomographieinstrument
NeXT-Grenoble des Instituts
Laue-Langevin (ILL), das durch einen 60
Megawatt starken Forschungsreaktor
mit kalten Neutronen versorgt wird.
Unter Ausnutzung des sehr viel intensiveren
Neutronenstrahls ist es
gelungen, die Aufnahmezeit pro Tomogramm
auf nahezu eine Sekunde
zu reduzieren. „Das Ergebnis übertraf
sogar unsere Erwartungen“, erklärt
Tötzke: „So war die Erfassungsrate
höher als erwartet. Gleichzeitig konnten
aber auch das Signal-Rausch-Verhältnis
und die räumliche Bildauflösung
verbessert werden.“
Nachdem damit die technische
Machbarkeit der ultraschnellen Neutronentomographie
nachgewiesen
ist, arbeitet das Team um Kardjilov
daran, die Methode weiter zu verbessern
und in anderen Gebieten
einzusetzen. Da die Berliner Neutronenquelle
des HZB im Dezember den
Betrieb einstellt, wird der schnelle
Bildaufbau in das NeXT-Instrument
in Grenoble integriert, um zukünftig
auch in anderen Materialsystemen
schnelle Transportprozesse
untersuchen zu können. So könnte
die Hochgeschwindigkeits-Neutronentomographie
zum Beispiel
neue Erkenntnisse über die hydraulische
Frakturierung poröser Gesteinsformationen
liefern oder zur
Untersuchung des Ionen-Transfers
während schneller Auf- und Entladungen
von Lithium-Akkus eingesetzt
werden, um die Sicherheit,
Kapazität und Haltbarkeit solcher
Energiespeicher zu erhöhen. (idw)
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