Space researchers present super sensitive detector

Ruimteonderzoekers presenteren supergevoelige sensor 

Onderzoekers van het Nederlands ruimteonderzoeksinstituut SRON presenteren volgende week samen met hun collega’s van de TU Delft een supergevoelige sensor voor signalen uit de ruimte van zeer hoge frequenties. De sensor zal volgens de onderzoekers een cruciale rol gaan spelen bij het ontwikkelen van nieuwe ruimtemissies door ESA en NASA. De onderzoekers presenteren hun sensor tijdens het 19de International Symposium on Space Terahertz Technology dat van 28 tot 30 april in Groningen plaatsvindt.

De enige informatie uit de verre uithoeken van het heelal bereikt ons in de vorm van straling. Met telescopen op aarde of in de ruimte is veel van die straling op te vangen en te analyseren door astronomen. Maar er blijven soorten straling die nog ondoorgrondelijk zijn. ‘Bij straling in terahertz-frequenties lopen we simpelweg tegen technologische grenzen aan’, vertelt Wolfgang Wild, wetenschapper bij SRON en organisator van de conferentie. ‘En dat, terwijl astronomen via terahertz-straling naar moleculen kunnen speuren die en rol spelen bij het ontstaan van sterren en planeten en mogelijk leven daarop.’

Technici van SRON onderzoeken het HIFI-instrument met black light op stofdeeltjes

Hoge frequentie 

Het probleem bij terahertz-straling is de hoge frequentie. Wild: ‘In veel snelle computers zit tegenwoordig een gigahertz-chip. Dat is de snelste elektronica die op dit moment voor handen is. Terahertz-straling heeft een duizend keer zo hoge frequentie, waardoor je een truc moet gebruiken om de informatie er toch uit te halen.’

Die truc heet heterodyne menging. Het hemelsignaal wordt gemengd met een kunstmatig opgewekt, maar loepzuiver signaal van ongeveer dezelfde frequentie. Er ontstaat vervolgens een soort zweeftoon van een lagere frequentie die wel goed op te pikken is door elektronica, zonder dat er informatie verloren gaat.

De sensor die de onderzoekers van SRON en de TU Delft presenteren, is de gevoeligste ter wereld voor een frequentie van 4,3 terahertz en daarmee een belofte voor ruimtemissies die nu nog op de tekentafels liggen. Hart van de sensor is een stukje supergeleidend niobiumnitride. De energietoevoer in de vorm van straling zorgt ervoor dat bepaalde elektronen in het supergeleidend materiaal een barrière kunnen overbruggen en dus gedetecteerd kunnen worden.

Microscopische opname van een terahertzsensor zoals die eind mei op het balloninstrument TELIS zal vliegen.

Tipje van de sluier

Hoe bijzonder dit ook klinkt, toch is het daadwerkelijk verkennen van het heelal in terahertzfrequenties geen heel verre toekomstmuziek. ‘Met de lancering van het door SRON ontwikkelde ruimte-instrument HIFI op de ruimtetelescoop Herschel eind dit jaar zal het terahertz-venster op het heelal voor het eerst open gaan’, aldus Wolfgang Wild.

Daarmee zal HIFI een eerste tip van de sluier oplichten van een rijkdom aan wetenschappelijke informatie. Niet lang daarna zullen de gekoppelde telescopen van de Atacama Large Millimeter Array (ALMA) het terahertz-onderzoek voortzetten vanaf een 5000 meter hoge woestijn in Chili.

Bovendien zullen eind mei terahertz-sensoren ontwikkeld door SRON en de TU Delft een ‘maiden flight’ maken aan een ballongondel op 40 kilometer boven de regenwouden van Brazilië. Daar zal het balloninstrument TELIS onderzoek doen naar de chemische processen in de stratosfeer.

De gekoppelde telescopen van de Atacama Large Millimeter Array (ALMA) zullen het terahertzonderzoek voortzetten vanaf een 5000 meter hoge woestijn in Chili.

Securitytoepassingen

Maar behalve voor het ruimteonderzoek biedt de terahertz-technologie ook steeds meer perspectieven voor aardse toepassingen. Wolfgang Wild: ‘Je kunt denken aan security-toepassingen of kwaliteitscontroles van voedsel of medicijnen. Hoewel de technologie nog vrij complex is voor commerciële toepassingen neemt de interesse vanuit de industrie toe.’

Het 19de International Symposium on Space Terahertz Technology wordt georganiseerd door SRON, de TU Delft en de Rijksuniversiteit Groningen. Er hebben zich zo’n 170 deelnemers uit 20 verschillende landen aangemeld. Het symposium is toegankelijk voor vertegenwoordigers van de media na aanmelding bij Wolfgang Wild (W.Wild@sron.nl, tel. 050-363 4074).