Aktuelles

IGS beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Ein Bericht der Exkursion der Physik-Leistungskurse 12 und 13


Haltering mit Messstation

Am Donnerstagvormittag, dem 15. März 2018, erhielten die Physik -Kurse der IGS Mutterstadt aus den Klassenstufen 12 und 13 zusammen mit ihrem Fachlehrer Herrn Anselm Hinckel eine Führung, geleitet von Frau Andrea Hornung, durch Teile des GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt, wo u .a. sechs Elemente, darunter auch Darmstadtium, entdeckt wurden.

 

Bis um 9:30 Uhr waren alle Teilnehmer an der Pforte der GSI angekommen, und die Gruppe begab sich gemeinsam durch die Kontrolle und auf das Gelände der GSI, wo sie zunächst in der Cafeteria des Forschungszentrums Zeit verbrachten, bis sie in einen Vortragsraum gelassen wurden. Dort stellte Frau Hornung in einem gut halbstündigen Vortrag mit dem Titel „GSI und FAIR – Ein Überblick“ das GSI vor. Zunächst ging es generell um die Institution, dass sie rund 1350 Mitarbeiter habe, ca. 1000 externe Wissenschaftler pro Jahr aus über 50 Partnerländern dort arbeiteten und sie aufgrund der dort gebauten quasi einzigartigen Großgeräte viele Forschungsschwerpunkte behandle.

Zu diesen zählt die Entdeckung bzw. Erzeugung neuer Elemente, wie bereits der Elemente Bohrium (Bh) bis Copernicium (Cn), bei denen Kerne leichterer Atome mit Geschwindigkeiten von rund 20 % der Lichtgeschwindigkeit aufeinander geschossen werden, um eine Verschmelzung der beiden zu erzeugen. Zur Beschleunigung dieser Ionen nutzt man den UNILAC (Universal Linear Accelerator), der Ionen auf 20% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann, und den größeren, ringförmigen SIS (Schwerionen Synchrotron), der Ionen auf sogar 90% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann und zwar dank 1,8 Tesla starker Quadrupolmagnete, die die Ionen bündeln, und Dipolmagnete, die die „Ionenbündel“ auf der Kreisbahn halten.

Des Weiteren untersuche man mit den Teilchenbeschleunigern in Verbindung mit anderen Geräten, wie z.B. dem HADES (High Acceptance Di-Electron Spectrometer), die Natur der Quarks, indem man z. B. Ionen mit hohen Geschwindigkeiten auf statische Flächen, z. B. Goldfolien, schießt; das HADES misst, was dahinter, nach Zusammenstößen von Atomkernen, ankommt.

Aber auch in der Medizin finden die Teilchenbeschleuniger Anwendung, so wurde im GSI die Ionenstrahl-Therapie entwickelt, bei der Ionen (hauptsächlich Kohlenstoffionen) mit um die 70% der Lichtgeschwindigkeit auf Tumore geschossen werden, um diese effektiver und mit weniger Kollateralschäden als bei herkömmlicher Strahlentherapie zu zerstören. Jedoch können Tumore, die sich an Orten mit viel Bewegung befinden, z. B. beim Herzen, auf diese Art und Weise aufgrund von noch bestehenden technischen Limitierungen bisher nicht behandelt werden. Für diese Behandlungsmethode gibt es derzeit erst zwei Therapiezentren in Deutschland.

Zum Ende des Vortrags berichtete Frau Hornung vom derzeitig vonstatten gehenden Bauprojekt FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), eine signifikante Erweiterung des GSIs, das sich der Bund sowie Bundesländer mehr als 2 Milliarden Euro haben kosten lassen, mit einem Anbau an das bisherige Beschleuniger-System in Form des SIS100, welches, nach seiner geplanten Fertigstellung 2021, Ionen auf 99 % der Lichtgeschwindigkeit mit einer 10.000-mal höheren Sensitivität beschleunigen wird.

 

Im Anschluss an den Vortrag begann die Führung durch das GSI. Zunächst besichtigte die Gruppe die Quellen der zu beschleunigenden Ionen, welche von dort aus in einen sogenannten „Stripper“ gelangen, der die letzten „Restelektronen“ von den Atomen entfernt, sodass man nur noch die Atomkerne vorliegen hat. Diese werden dann im UNILAC, den die Gruppe jedoch aufgrund dessen derzeitiger Inbetriebnahme nicht ansehen konnte, beschleunigt und in einem Haltering „aufbewahrt“. Diesen aus u. a. riesigen Magnetbatterien bestehenden Teil des Beschleuniger-Systems besichtigte die Gruppe, um anschließend den Kontrollraum, der noch teils aus alten Monitoren und Terminals, teils aus bereits nachgerüsteten Computern bestand, und in dem einige Wissenschaftler ihren Arbeiten nachgingen, anzusehen.

Anschließend begab sich die Gruppe in eine große Halle gefüllt mit Messinstrumenten, aus mit nicht verbundenen Betonklötzen bestehenden Räumen und Büro-Containern in der die verschiedenen Experimente aufgebaut waren; daher auch der modulare Aufbau, da je nach benötigten Aufbauten die Halle umarrangiert werden muss. Dabei hilft ein riesiger Kran, der sich unter der Hallendecke entlangbewegen kann. In dieser Halle wurde der Gruppe auch das bereits erwähnte HADES gezeigt.

Die darauf folgende Besichtigung des Forschungsabteils für Ionenstrahl-Therapie konnte leider nicht richtig ausgeführt werden, da auch hier gerade gearbeitet wurde. Stattdessen klärte man Fragen im Bereich davor.

Als Nächstes ging die Gruppe nach draußen, wo, mit Blick auf das Baugebiet der zukünftigen Anlagen, Frau Hornung der Gruppe Weiteres über diese erklärte und anschließend ein weiteres Gebäude, welches jedoch nur von außen betrachtet werden konnte, vorstellte: den Green Cube, ein quadratisch konstruiertes Höchstleistungsrechenzentrum. Quadratisch deshalb, da man so Kabellängen möglichst minimiert, weil längere Strecken bei Hochleistungsrechnern durchaus einen zeitlichen Unterschied machen. Dieses Höchstleistungsrechenzentrum teilt sich Rechenaufträge von Wissenschaftlern aus aller Welt mit anderen Höchstleistungsrechenzentren aus aller Welt und ist somit Teil eines gigantischen internationalen Netzwerks für wissenschaftliche Berechnungen bzw. Verarbeitungen.

Nach einer letzten Fragerunde in der Cafeteria war die Führung durch das GSI beendet.

 

Persönlich hat mir die Exkursion äußerst gut gefallen. Frau Hornung hat einen guten Job gemacht und konnte auch auf die meisten, nicht zu spezifischen Fragen eine zufrieden stellende Antwort geben. Darüber hinaus war es überaus interessant, diese großen, teuren Maschinen zu sehen, mit denen die Menschheit an so vielen Fronten forscht. Es war außerdem auch interessant zu sehen, wie ein solches Forschungszentrum von innen aussehen kann, wobei der Anblick von hoch modernen Messinstrumenten in wiederum provisorisch wirkenden Betonklotzräumen, umgeben von Einzelteilen jeder Größe, auch irgendwie etwas Amüsantes hatte.

Alexander A. Gerbig, Klasse 12a, Leistungskurs Physik

 

HADES