HiTEM: Hochempfindliche Sensorik erkundet tief liegende mineralische Lagerstätten

Robust, rauscharm, hochempfindlich – das sind die Vorteile des neuartigen elektromagnetischen Messinstruments, mit dem sich sulfidische Lagerstätten in Tiefen von mehr als 500 Metern erkunden lassen. Im Projekt „HiTEM“ wird dieses Messsystem entwickelt. Es basiert auf sogenannten supraleitenden Quanteninterferenz-Detektoren und soll ein bes-seres Verständnis der räumlichen Ausdehnung, Genese und Höffigkeit entsprechender Lagerstätten ermöglichen. Das Projekt wird im Rahmen der Fördermaßnahme „r4 – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Forschung zur Bereitstellung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe“ gefördert. „r4” sichert Hightech-Ressourcen und damit Zukunft.

Forscher mit Messsystem

Robust und hochempfindlich: „HiTEM“ entwickelt ein neues Messsystem.

Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V.

Tiefere Einblicke eröffnen Chancen

Zur Erkundung von tiefer als 500 Meter liegenden Rohstoffvorkommen stehen nur wenige geophysikalische Verfahren zur Verfügung. Ein erfolgreich angewandtes Verfahren ist die sogenannte transiente, Zeitbereichs- oder Pulselektromagnetik (TEM).

Für bestimmte magmatische Mineral-Lagerstätten konnten bereits mit konventioneller Messtechnik Erkundungstiefen von bis zu wenigen hundert Metern erreicht werden. Diese sulfidischen Lagerstätten weisen meist auch einen signifikanten Gehalt an Platin und Platin-Gruppen- Elementen, u.a. Platin, Palladium, Ruthenium, Iridium, Rhodium, Osmium auf. Allesamt wertvolle Hightech- Metalle, die für Zukunftstechnologien notwendig sind.

Elektromagnetische Verfahren, wie TEM, sind für diesen Lagerstättentyp ausgezeichnet geeignet, da die Metalle eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Durch die bisherige Limitierung der Explorationstiefe ist allerdings sehr wenig über die Tiefenerstreckung der Vorkommen bekannt. Dies trifft insbesondere für Deutschland zu, wo nach Jahrhunderten intensiven Bergbaus die oberflächlichen Ressourcen weitestgehend als erschöpft gelten.

Neuartige höchstempfindliche Instrumente

Im Projekt entwickeln die Forscher diese Technologie weiter, um mit ihr weiter in die Tiefe dringen zu können und sulfidische Lagerstätten samt Hightech-Metallen zu erkunden. Die mögliche Eindringtiefe der Messung soll im Rahmen des Vorhabens „HiTEM“ nicht durch Steigerung des Transmittermomentes erreicht werden, sondern durch Steigerung der Empfindlichkeit des gesamten TEM-Empfängers. Dies geschieht mit Hilfe von supraleitenden Quanteninterferenzdetektoren (SQUID), hergestellt mit Hochtemperatur-supraleitenden (HTS) Materialien. Die Entwicklung robuster, rauscharmer HTS-SQUID-Sensoren und darauf basierender Empfängersysteme steht im Fokus des Vorhabens. Durch Reduktion insbesondere des niederfrequenten Systemrauschens soll eine große Erkundungstiefe erreicht werden. Daneben werden innovative Verfahren zur Reduzierung des elektromagnetischen Rauschens im entsprechenden Frequenzbereich für TEM sowie neue Inversions- und Interpretationsverfahren entwickelt.

Im internationalen Verbund

An der Entwicklung der „HiTEM“-Technologie sind Projektpartner ganz unterschiedlicher Kompetenzen beteiligt. Das Leibniz-Institut für Photonische Technologien widmet sich der Entwicklung der HTS-SQUIDs. Zusammen mit dem deutschen Wirtschaftspartner, der Supracon AG, erfolgt die systemische Integration.

Im Verbund mit den internationalen Projektpartnern BroadBand Geophysics aus Südafrika und GRM-services Oy aus Finnland werden die verschiedenen Instrumentenversionen über relevanten Zielgebieten getestet und optimiert. Geeignete Softwareverfahren zur Auswertung und Aufbereitung der Messergebnisse werden erstellt.