Gesellschaft für Schwerionenforschung

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt-Arheilgen ist eine Großforschungseinrichtung, die 1969 gegründet wurde, um Forschung an und mit Schwerionenbeschleunigern zu betreiben. Gesellschafter sind die Bundesrepublik Deutschland (90 %) und das Sitzland Hessen (10 %). Die GSI als einzige Großforschungseinrichtung Hessens ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.

Inhaltsverzeichnis

1 Großgeräte
2 Forschungsgebiete und -erfolge
3 Das Internationale Beschleunigerzentrum FAIR
4 Lage
5 Telefonnetz
6 Quellen
7 Literatur
8 Weblinks

[Bearbeiten] Großgeräte

Blick in den Linearbeschleuniger UNILAC der GSI

Die GSI unterhält zurzeit drei Beschleuniger-Anlagen:

Der UNILAC ist ein Linearbeschleuniger, der ionisierte Atome (Ionen) bis zu etwa 20 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann. Mit Ionen in diesem Energiebereich sind bereits eine Vielzahl von Experimenten möglich, die unter anderem zur Entdeckung der superschweren Elemente Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium, Roentgenium und Ununbium geführt haben. Darüber hinaus dient der UNILAC als Injektor für das
SIS 12/18, ein Synchrotron, das Ionen auf bis zu 90 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann (entsprechend einer magnetischen Steifigkeit von 12 bzw. 18 Tm);
Der ESR ist ein Speicherring, der bei Bedarf die von SIS beschleunigten Ionen aufnehmen und speichern kann.

Darüber hinaus werden bei GSI eine Reihe von großen Experimentiereinrichtungen betrieben. Hierzu gehören

SHIP, ein elektromagnetischer Geschwindigkeitsfilter zur Separation und Identifikation von Produkten aus der kalten Fusion von Kernen, den superschweren Elementen;
FOPI, ein Groß-Detektor für die Erforschung der Physik von Kernreaktionen;
HADES, ein Di-Elektron-Spektrometer zur Untersuchung der Eigenschaften von Hadronen insbesondere bei hohen Drücken und Temperaturen;
der FRS (Fragmentseparator), der zur Erzeugung von radioaktiven Isotopen und verschiedener Spalt- und Fusionsprodukten verwendet werden kann;
ein Bestrahlungsplatz für die Tumortherapie mit beschleunigten Kohlenstoff-Ionen.

Zusätzlich zu den Ionenbeschleunigern und Großexperimenten befinden sich an der GSI noch zwei Hochenergie-Lasersysteme zur Erzeugung heißer und dichter Plasmen:

nhelix erreicht Leistungen bis zu 10 Gigawatt (Nanosecond High Energy Laser for Heavy Ion Experiments);
Phelix ist der „Große Bruder“ des nhelix und soll Leistungen bis zu einem Petawatt erbringen (Petawatt High Energy Laser for Heavy Ion Experiments).

[Bearbeiten] Forschungsgebiete und -erfolge

Die bei GSI aufgebauten und ständig erweiterten und verbesserten Experimentiereinrichtungen werden in enger Kooperation mit heute etwa 1200 Forscherinnen und Forschern deutscher wie auch ausländischer Universitäten und Forschungszentren betrieben. Der Schwerpunkt liegt in der Atom- und der Kernphysik, der Plasmaphysik und Materialforschung, aber auch der Biophysik/Strahlenbiologie sowie daraus abgeleitet der Entwicklung eines neuen Tumortherapieverfahrens mit Schwerionen. Große Erfolge wurden hier bei der Bestrahlung insbesondere von Tumoren im Kopfbereich und seit kurzem auch bei der Behandlung von Prostatakrebs erzielt. Insgesamt konnten seit 1997 400 Patienten mit diesem Verfahren, das zusammen mit Wissenschaftlern des DKFZ und des FZR in Kooperation mit der Universitätsklinik Heidelberg entwickelt wurde, an der Darmstädter Pilotanlage erfolgreich behandelt werden.

Zu den großen Erfolgen der GSI zählen die Synthese und der Nachweis der chemischen Elemente Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium, Roentgenium und Ununbium.

[Bearbeiten] Das Internationale Beschleunigerzentrum FAIR

Gerendertes Bild der bestehenden GSI-Anlage (links) und des geplanten FAIR-Projekts (rechts)

Im Februar 2003 gab die Bundesregierung die Zusage, dass der Ausbau der GSI zu einem internationalen Beschleunigerzentrum für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) zu 75 % von Deutschland finanziert wird. 65 % entfallen auf den Bund, 10 % auf das Land Hessen. Die fehlenden 25 % der Kosten sollen von internationalen Partnern getragen werden.

Am 7./8. November 2007 fanden in Darmstadt eine Veranstaltung zum offiziellen Start des Baus des Zentrums und ein Physiker-Symposium statt. ^[1] Es ist geplant, dieses Zentrum bis 2016 fertigzustellen. Der Ausbau soll etwa 1,2 Mrd. Euro kosten. Kernstück ist ein mit supraleitenden Magneten ausgeführter Doppelringbeschleuniger (SIS 100/300). Dieser wird auf ein Umfang von 1100 m kommen. Im Jahr 2013 sollen erste Experimente durchgeführt werden.

Die bestehende GSI-Anlage mit dem Schwerionen-Synchrotron SIS 12/18 dient als Vorbeschleuniger für den neuen Beschleunigerkomplex FAIR. In dessen Zentrum steht die Synchrotron-Doppelring-Anlage SIS 100/300. An diese schließen sich an: der Hochenergie-Speicherring HESR, der Collector-Ring CR und der Recycled-Experimental-Storage-Ring RESR, der Neue-Experimentier-Speicherring NESR sowie der Super-Fragment-Separator SFRS. Dabei können bis zu fünf große Forschungsprogramme mit unterschiedlichen Anforderungen parallel durchgeführt werden.

Mit dem Projekt will man neue Einblicke in die Struktur der Materie und die Evolution des Universums ermöglichen, aber auch im Anwendungs- und Innovationsbereich arbeiten. Die Anlage soll mit hochenergetischen Ionenstrahlen Erkenntnisse zur Entstehung der schweren Elemente gewinnen sowie grundlegende Fragen über die starke Kraft zwischen den elementaren Bausteinen der Materie klären. Außerdem soll durch die Erzeugung eines Quark-Gluon-Plasmas ein Zustand der Materie näher untersucht werden, der Sekundenbruchteile nach dem Urknall bei der Entstehung des Universums für kurze Zeit bestanden hat. Abgebremste Antiprotonen eröffnen der Atomphysik ein völlig neues Forschungsgebiet, nämlich die exakte Vermessung von Antiatomen (Antiwasserstoff). Davon erhoffen sich die Physiker Rückschlüsse auf Symmetrieverletzungen zwischen den Naturgesetzen unserer Welt und einer Welt, die aus Antimaterie besteht.

[Bearbeiten] Lage

Häufig liest man, dass die GSI ihren Sitz in Darmstadt-Wixhausen habe. Dies ist unzutreffend; denn die GSI liegt in der Gemarkung Darmstadt-Arheilgen. Allerdings ist Wixhausen die nächstgelegene Siedlung und die Straßenanbindung der GSI zweigt in Wixhausen von der Bundesstraße 3 ab. Will man jedoch ohne Kfz. vom bebauten Gebiet Arheilgens zur GSI gelangen, so gelingt dies ohne Betreten der Wixhäuser Gemarkung.

[Bearbeiten] Telefonnetz

Die GSI ist mit +49 6159 an das Ortsnetz von Messel angeschlossen. Diese Anschlussvariante war Ende der 90er Jahre aus fernmeldetechnischen Gründen notwendig geworden, um eine Direktanwahl von GSI-Rufnummern auch aus den USA zu gewährleisten.