Magnetische Resonanz in porösen Medien

Ein internationaler Kongress auf dem Oberen Eselsberg

Vom 8. bis 12. September 2002 findet an der Universität Ulm auf dem Oberen Eselsberg die Sixth International Conference on Magnetic Resonance in Porous Media statt. Das Thema klingt exotisch. Gleichwohl werden 200 Teilnehmer aus 25 Ländern und 5 Kontinenten erwartet, rund zur Hälfte aus der Industrie oder industrienahen Forschungsinstituten, zur anderen Hälfte aus der Grundlagenforschung des rein akademischen Bereichs.

Das Themenfeld hat große praktische Bedeutung. Poröse Medien bzw. Materialien sind bei genauerer Betrachtung allgegenwärtig. Man mag zunächst an Schwämme oder poröses Gestein denken. Es geht aber auch um ganz alltägliche Dinge wie Baustoffe, Textilien, Verpackungsmaterialien, ja im Wortsinn ganz hautnah um biologisches Gewebe wie die Haut selbst, oder um Knochen, deren fehlerhafte Porenstruktur zum Beispiel bei Osteoporose-Patienten zum Problem wird. Auch das aktuelle Tagesgeschehen in Gestalt der Flutkatastrophe spielt hier hinein: Warum halten ein Damm oder eine Sandbarriere nur eine begrenzte Zeit dem Wasserdruck der hohen Pegel stand und neigen dann plötzlich dazu, zu lecken, zu „fließen“, um schließlich die mechanische Stabilität ganz zu verlieren? Der Fachmann spricht hier von „granularen Systemen“, die ebenfalls unter den Oberbegriff der porösen Medien fallen und Gegenstand von rund einem Drittel der Referate des Ulmer Kongresses sein werden. Mit dem komplexen Aufbau, der diesen Materialien und Systemen gemeinsam ist, verbindet sich eine vergleichsweise riesige innere Oberfläche, die verschiedensten Molekülen Gelegenheit zu Wechselwirkungen und chemischen Reaktionen bietet. Man denke nur an den wohlbekannten Katalysator in Kraftfahrzeugen, der durch seine poröse Struktur erst in die Lage versetzt wird, Abgase fast vollständig in ungiftige Verbindungen umzuwandeln.

Gegenstand der Diskussionen sind also die Erfassung und Charakterisierung der porösen Struktur von Materialien, der Transport von Flüssigkeiten und Gasen durch solche porös aufgebauten Aggregate sowie die chemische und physikalische Wechselwirkung von Molekülen an inneren Oberflächen. Ein Höchstmaß an mathematischer Abstraktheit in der Theorie und der Einsatz neuester Technologien im Experiment sind für die Gewinnung der gewünschten Erkenntnisse gleichermaßen erforderlich. Damit ist die Magnetische Resonanz bzw. ihre messtechnische Nutzung angesprochen, ein Oberbegriff für Meßmethoden, die alle auf demselben physikalischen Phänomen beruhen und in der Öffentlichkeit insbesondere durch die medizinische Anwendung in Form der Kernspin- oder Magnetresonanz-Tomographie bekannt geworden sind. Das Potential dieser aktuellen Technologie eignet sich hervorragend nicht nur dazu, in das Innere eines Menschen zu „schauen“, sondern auch um komplexe Materialien und die darin ablaufenden physikalischen und chemischen Vorgänge zu studieren. So werden beispielsweise Sonden, die mit diesem messtechnischen Prinzip arbeiten, in viele hundert Meter tiefe Bohrlöcher hinabgelassen, um dort erdölhaltige Gesteinsformationen aufzuspüren. Es ist vorgesehen, daß auch Vertreter dieser Anwendung in Ulm vortragen.

An der Universität Ulm werden poröse Materialien und Modellsysteme in der Sektion Kernresonanzspektroskopie unter Leitung von Prof. Dr. Rainer Kimmich mit Hilfe von magnetischen Resonanzmethoden untersucht. Das Ulmer Forschungsprogramm hat sein eigenes spezifisches Gesicht und in dieser Form keine Parallelen. Zehn Beiträge unter dem komplexen Motto „Struktur, Transport und Funktion“ werden allein von dieser Arbeitsgruppe und ihren Kooperationspartnern vorgestellt. Erstmals wird zum Beispiel gezeigt, wie elektrische Strompfade durch ein Porennetzwerk, ein sogenanntes Perkolationsnetz, experimentell visualisiert werden können. In Ulm ist es auch gelungen, mit der Finite-Elemente-Methode und anderen Computersimulationsmethoden die experimentellen Befunde zum Fließen von Flüssigkeiten, zum elektrischen Stromfluss, zur Temperaturverteilung und zur Diffusion in porösen Medien nahezu deckungsgleich nachzubilden.