#ScienceTweetUp – Der Ringbeschleuniger

Am Donnerstag, den fünften Dezember 2013 war es endlich soweit. Der lang ersehnte #ScienceTweetUp am Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt fand statt. Nach einer gemütlichen Zug- und Busfahrt bin ich sicher auf dem großen GSI (Gesellschaft für Schwerionenforschung) gelandet und habe mich auf dem Weg zum Eingang gemacht. Am Eingang bekam ich einen speziellen Besucherausweis, den ich leider wieder am Ende abgeben mußte.

Mein #ScienceTweetUp Ausweis

 

Der Vorlesungssaal war fast perfekt für uns Twitterer eingerichtet: Steckdosen an jedem Platz, WLAN Zugang, Kaffee und Kekse, es fehlten nur Nutella und Mett-Brötchen. Und Geschenke gab’s auch. Dazu später mehr.

Um 11 Uhr waren alle Teilnehmer endlich anwesend. Nach einer kurzen Vorstellungsrunde der Teilnehmer. Anschließend wurde uns das Helmholtzzentrum kurz vorgestellt. Am Institut arbeiten 1050 Mitarbeiter. Im Jahr kommen ca. 1200 Gastwissenschaftler aus der ganzen Welt an die Beschleunigeranlage, da ihnen von einer Kommission „Strahlzeit“ zugesprochen wurde. Die Anlage ist sehr gefragt, da mit ihr alle Elemente, eigentlich die Ionen der Elemente, beschleunigt werden können. Die erreichbaren Geschwindigkeiten sind auch sehr groß. Anlage hält den Geschwindigkeitsweltrekord und den Weltrekord für beschleunigte Teilchen: 32 Milliarden. Uranteilchen wurden beschleunigt. Die Beschleunigeranlage besteht aus dem 120 m langen Linearbeschleuniger UNILAC (Universal Linear Accelerator), dem Ringbeschleuniger SIS18 (Schwerionensynchrotron 18) mit einem Umfang von 216 m und weiteren diversen Experimentierapparaturen.  

Lageplan der Beschleunigeranlage

 

Eine Beschleunigeranlage verbraucht einiges an Energie. Der Stromverbrauch beträgt 1/11000 des gesamten Stromverbrauchs von Deutschland, im Schnitt  acht bis neun MW. Die Hälfte verbrauchen die Beschleuniger, die andere Hälfte fällt auf die Infrastruktur( Licht, Rechner, usw).  50 % der Experimente werden von dem Forschungsgebiet Kernphysik durchgeführt. Je 15 % von den Gebieten Atom – und Biophysik. 5 % der Experimente werden von der Materialforschung und der Plasmaphysik durchgeführt. Die restlichen 10 % werden in die Erforschung von neuer Beschleunigertechnologie investiert.

Nach dem kurzen Einführungsvortrag konnten wir uns auf dem Weg zum Ringbeschleuniger machen, dieser befindet sich unter der Erde. Am Eingang bekamen wir einen Dosimeter und einen Helm. Der Dosimeter ist notwendig, da mit der Anlage auch radioaktive Materialien beschleunigt werden. Den Helm mußten wir tragen, da zurzeit Bauarbeiten stattfinden.

Unsere Schutzhelme

Dosimeter

 

Der Ringbeschleuniger ist aus verschieden Baugruppen zusammengesetzt: einer Beschleunigungsstrecke, aus diversen Magneten, Pumpen und einem Kickermagneten. Der Kickermagnet lenkt den Teilchenstrahl aus der Kreisbahn ab und lenkt ihn zu den Experimenten. Der Teilchenstrahl ist in 4 Paketen unterwegs, somit können 4 Experimente gleichzeitig durchgeführt werden. Da die Teilchen sehr schnell unterwegs sind, über 400000 U/s, muss auch der Kickermagnet sehr schnell ein und aus schaltbar sein. Die Schaltzeit beträgt 400 ns. Das Blinzeln dauert ca. 400 Millisekunden, ist also rund 10⁶ mal langsamer als die Reaktionszeit des Magneten.

Beschleunigerstrecke

ein Quadropolmagnet

Der Kickermagnet

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Der Teilchenstrahl wird im Linearbeschleuniger erzeugt, rast in ein paar µs 20- bis 30-mal im Kreis und wird dann mit 80000 Volt beschleunigt. Damit überhaupt ein konstanter Teilchenstrahl existieren kann, muss im System ein sehr niedriger Luftdruck herrschen, ein sehr gutes Vakuum vorliegen. Der Pumpvorgang dauert eine bis zwei Wochen und ist in mehrere Schritte unterteilt. Im ersten Schritt wird die Anlage mit Stickstoff geflutet. Anschließend wird das Gas mit Vorpumpen abgesaugt. Im dritten Schritt werden Turbomolekularpumpen eingesetzt um den Druck weiter zu reduzieren. Zum Entfernen von Oberflächenmolekülen wird das System aufgeheizt. Nach dem Aufheizen werden die Turbomolekularpumpen abgeschaltet, das System gekühlt und die restlichen Teilchen durch Ionisation und durch Anlegen einer Spannung vor dem Pumpeneingang abgesaugt. Im System herrscht jetzt ein Druck von einem Milliardstel Pascal. Im System wurden auch spezielle Materialien eingebaut, die frei herumfliegende  Teilchen gut adsorbieren können. Desweitern wurden Blöcke aus reinem Kupfer, die mit einer Goldschicht überzogen sind, eingebaut. Die Blöcke reduzieren, bei einem ungewollten Ausbruch der beschleunigten Teilchen aus der Kreisbahn, die Anzahl, der bei einer Kollision frei werdenden Teilchen, von mehreren 10000 auf 100. Durch diese Verbesserungen hat ein Teilchen jetzt eine freie Weglänge von 100000 km. Würde man in einem Auto sitzen, dass 100 km/h fährt, würde es 41,6 Tage dauern, bis man wieder auf ein anderes Auto trifft. (Das will natürlich keiner, genauso will das auch kein Teilchen im Ring.)

Nach der Besichtigung konnten wir einen Blick auf die FAIR ( Facility for Antiproton and Ion Research) Baustelle werfen. Zur Zeit finden auf dem Gelände die Pfahlgründungen statt, da der Boden sehr instabil ist und dadurch die Gebäude um bis zu 80 cm einsinken könnten. Im Endausbau besteht FAIR aus acht Ringbeschleunigern mit bis zu 1.100 Metern Umfang, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren.

Blick auf die FAIR Baustelle

 

Im 2 Teil werde ich über die restliche Anlage berichten.Auf Flickr könnt ihr euch schon alle Bilder anschauen. Ich hoffe, ich habe mir alles richtig notiert und auch gemerkt.