Tumore, Gehirn und Kristalle - scinexx | Das Wissensmagazin
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Existierende Anwendungen von Antimaterie

Tumore, Gehirn und Kristalle

So exotisch uns Antimaterie erscheint, so alltäglich sind einige ihrer Anwendungen bereits. Vor allem Positronen werden routinemäßig in der Medizin eingesetzt, um Krebstumore zu finden, sie helfen Forschern aber auch dabei, neurobiologische Aspekte unseres Verhaltens aufzuklären. Und in der Materialforschung dienen die Anti-Elektronen dazu, winzige Defekte im Atomgitter von Metallen aufzuspüren.

Krebs-Metastase im Schlüsselbein eines Patienten, im CT und in der PET-Darstellung. © Südwestdeutsches PET-Zentrum Stuttgart / CC-by-sa 3.0

Verräterische Strahlung

Die gängigste Anwendung für Antimaterie ist die Positronen-Emissions-Tomografie, kurz PET. Bei diesem bildgebenden Verfahren erhält der Patient oder Proband zunächst ein leicht radioaktives Mittel gespritzt, das beim Zerfall Positronen erzeugt. Dieses Mittel reichert sich je nach Typ in verschiedenen Geweben besonders stark an – beispielsweise in Krebstumoren, aber auch in besonders aktiven Hirnbereichen.

Weil an diesen Stellen besonders viele Positronen entstehen, finden dort auch viele Annihilationen statt. Das aber bedeutet, dass von diesen Stellen verstärkt die typische Gammastrahlung dieser Auslöschungsreaktion ausgeht – und diese wird von den Detektoren des PET gemessen. In der Medizin wird die PET häufig eingesetzt, um beispielsweise bestimmte Tumore ausfindig zu machen, aber auch, um Epilepsieherde im Gehirn aufzuspüren.

PET-Aufnahme eines Gehirns. Beim schmerzlindernden Placebo-Effekt zeigen sich hier ähnliche Muster wie bei echten Schmerzmitteln. © gemeinfrei

In der Neurobiologie haben Forscher mit Hilfe der Positronen beispielsweise nachgewiesen, dass Placebos ähnliches Reaktionen aujslösen wie echte Schmerzmittel und dass die elektromagnetische Strahlung eines Handys am Ohr die lokale Hirnaktivität verändert.

Eine andere Forschergruppe entdeckte mit Hilfe der Positronen-Bestrahlung, dass alkoholfreies Bier im Belohnungszentrum des Gehirns eine ähnliche Reaktion auslöst wie normales Bier. Das könnte erklären, warum Alkoholikern auch die vermeintlich harmlose Biervariante zum Verhängnis werden kann.

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Fehlern im Kristall auf der Spur

In der Materialforschung dienen die Positronen weniger dazu, das nachzuweisen was zuviel ist, sondern sollen eher Lücken aufzeigen. In den meisten Fällen nutzen Forscher die Antiteilchen dazu, um winzige Fehlstellen im Atomgitter von Kristallen aufzuspüren. An diesen Stellen können beispielsweise einzelne Atome fehlen oder sogar Atomlagen gegeneinander versetzt sein. Da solche Fehler die Materialeigenschaften beeinflussen, ist es wichtig, sie genau zu kennen.

Ähnlich wie bei der PET verrät auch hier die Gammastrahlung der Annihilation die Lage der Fehler. „An jenen Stellen, wo atomare Defekte vorliegen, gibt es weniger Elektronen und damit auch weniger Zerstrahlungsereignisse“, erklärt Wolfgang Sprengel von der TU Graz das Prinzip. „Die Positronen dienen damit als Spione, die detaillierte Auskunft über die atomaren Defekte geben.“ Dies kann beispielsweise wichtig sein, um die Sicherheit von Speichermaterialien für Wasserstoff zu bestimmen.

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Nadja Podbregar
Stand: 06.11.2015

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Antimaterie
Eine Reise in die Gegenwelt

Die Antiwelt
Was ist Antimaterie?

Spiegelbild mit kleinen Fehlern
Auf der Suche nach der Symmetrieverletzung

Sie ist überall
Antimaterie gibt es auch in unserer Umgebung

Antimaterie-Gewitter
Gammablitze erzeugen Positronen

Antimaterie = Antigravitation?
Wie reagieren Antiteilchen auf die Schwerkraft?

Antimaterie als Treibstoff?
Wie realistisch ist ein "Warp-Antrieb"?

Tumore, Gehirn und Kristalle
Existierende Anwendungen von Antimaterie

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