Tracer sind markierte Atome, Moleküle oder Partikel, die genutzt werden, um Transport-, Reaktions- und Verteilungsprozesse in Werkstoffen quantitativ zu verfolgen. In der Regel handelt es sich um isotopische Modifikationen (z.B. Deuterium, isotopische Tracer) oder chemisch leicht nachweisbare Spezies, deren Konzentration mit hoher Empfindlichkeit bestimmt werden kann.

In der Diffusionsforschung ermöglichen Tracer die Bestimmung von Selbstdiffusions- und Fremddiffusionskoeffizienten in Metallen, Keramiken und Polymeren. Durch Einbringen einer dünnen, angereicherten Tracerschicht und anschließendes Tempern wird das Konzentrationsprofil mittels Techniken wie Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) oder Atomsonden-Tomographie ausgewertet. Dies erlaubt die Identifikation dominanter Transportpfade (Gitter-, Korngrenzen-, Phasengrenz- oder Defektdiffusion).

Deuterium‑Tracer werden häufig eingesetzt, um Wasserstoffaufnahme, -diffusion und Versprödungsmechanismen aufzuklären, da Deuterium ähnliche chemische Eigenschaften wie Wasserstoff besitzt, aber massenspektrometrisch klar unterscheidbar ist. Chemische Rückgewinnungs‑Tracer dienen der Quantifizierung von Massenbilanzen, z.B. bei Korrosions- oder Laugungsprozessen, indem der Tracer nach einem Prozessschritt chemisch zurückgewonnen und analysiert wird.

Die Tracer‑Optimierung umfasst die Wahl geeigneter Isotope, Konzentrationen und Einbringungsverfahren, um das Tracerverhalten repräsentativ, aber experimentell gut auswertbar zu gestalten. Zentrale Anforderungen sind chemische und strukturelle Äquivalenz zum Wirtsatom, Stabilität unter Prozessbedingungen sowie eindeutige Detektierbarkeit ohne signifikante Störung des untersuchten Systems.