Quantenoptisches Magnetometer für Weltraum und Erde
Quantensensoren nutzen für ihre Messungen Effekte aus der Quantenphysik. Damit ermöglichen sie eine unvergleichliche Präzision und Empfindlichkeit bei der Messung physikalischer Größen. Sie bieten eine große Bandbreite von Anwendungsmöglichkeiten – sowohl im Weltraum als auch auf der Erde. Die High-Tech Agenda Deutschlands hat daher zum Ziel, Quantensensoren als Schlüsseltechnologie für Medizintechnik und für andere Anwendungen zu fördern.
Die im Projekt MyoQuant entwickelten Quantenmagnetometer können winzige Magnetfeldänderungen in einem kleinen Volumen ortsaufgelöst und quasi kontaktlos messen. Dabei sind sie in Bezug auf ihre Bandbreite, Schnelligkeit und Robustheit gegenüber Hintergrundfeldern deutlich besser als bisherige Systeme.
Auf der ILA ist der vom Ferdinand-Braun-Institut Berlin entwickelte Sensorkopf zu sehen. Er ist feldtauglich und besitzt ein Gesamtvolumen von ungefähr sieben Millilitern. Er besteht aus einer Cäsium-Dampfzelle in einem kompakten mikrooptischen System. Der Sensor erreicht Empfindlichkeiten im Sub-pT/√Hz-Bereich.
Quantenmagnetometer eröffnen neue Perspektiven in der biomedizinischen Forschung, etwa um muskuläre Ermüdung zu diagnostizieren oder Hirn- und Herzaktivität zu messen. In der Raumfahrt kommt es bei längeren Aufenthalten in der Schwerelosigkeit zu einem Rückgang beziehungsweise einer Veränderung der Muskulatur. Diese kann durch Messungen mit Quantenmagnetometern frühzeitig diagnostiziert werden. Eine solche nicht-invasive Messung der Muskelaktivität hat auch großes Potential für die Anwendung auf der Erde, zum Beispiel zur Diagnose neuronaler Muskelerkrankungen. Auch über die Detektion biomagnetischer Signale hinaus gibt es zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, wie etwa in der industriellen Sensorik oder bei geophysikalischen Untersuchungen.
MyoQuant ist ein von der deutschen Raumfahrtagentur im DLR im Auftrag des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördertes Verbundvorhaben des Ferdinand-Braun-Instituts Berlin (FBH), der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt und der Eberhard-Karls-Universität Tübingen.
Link:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Deutsche Raumfahrtagentur im DLR
E-Mail contact-dlr@DLR.de
Eine Versuchsperson testet ein Magnetomyografie-System mit einem Arm in der magnetischen Abschirmung. Die magnetische Signalstärke wird auf dem Monitor dargestellt. (Foto: PTB)
Der geöffnete Sensorkopf des optisch gepumpten Magnetometers (Volumen 7 mL) mit einem 1-Cent-Stück als Größenvergleich. Über die Faserkopplung (blau) können die Lichtquelle sowie die Detektionselektronik angeschlossen werden, was die Nutzung in moderat abgeschirmten Umgebungen erlaubt. (Foto: FBH)