Facility for Antiproton and Ion Research

Logo des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt-Arheilgen ist eine Großforschungseinrichtung, die 1969 als Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) gegründet wurde, um Forschung an und mit Schwerionenbeschleunigern zu betreiben.

Angaben zum Unternehmen

Gesellschafter sind die Bundesrepublik Deutschland (90 %) und das Sitzland Hessen (10 %). Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung als einzige Großforschungseinrichtung Hessens ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.

Die Firma erhielt am 7. Oktober 2008 eine neue Bezeichnung, um die Helmholtz-Gemeinschaft bundesweit und international stärker ins Bewusstsein zu rücken.^[1]

Großgeräte

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung 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
• SIS18, ein Synchrotron, das Ionen auf bis zu 90 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann (entsprechend einer magnetischen Steifigkeit von 18 Tm);
• Der ESR ist ein Speicherring, der bei Bedarf die von SIS beschleunigten Ionen aufnehmen und speichern kann.

Darüber hinaus werden 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 beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung 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).

Forschungsgebiete und -erfolge

Die beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung 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 450 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. Das Therapieverfahren wurde inzwischen von der Firma Siemens lizenziert und im Rahmen des Unternehmesbereiches Partikeltherapie in praktische Anlagen umgesetzt.

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

Das Internationale Beschleunigerzentrum FAIR

Im Februar 2003 gab die Bundesregierung die Zusage, dass der Ausbau des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung 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. ^[2] 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 einen Umfang von 1100 m kommen. Im Jahr 2013 sollen erste Experimente durchgeführt werden.

Die bestehende GSI-Anlage mit dem Schwerionen-Synchrotron SIS 18 dient als Vorbeschleuniger für den neuen Beschleunigerkomplex FAIR. In dessen Zentrum steht die Synchrotron-Doppelring-Anlage SIS 100 und SIS 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.

Lage

Häufig liest man, dass das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung seinen Sitz in Darmstadt-Wixhausen habe. Dies ist unzutreffend; denn das Gelände liegt in der Gemarkung Darmstadt-Arheilgen. Allerdings ist Wixhausen die nächstgelegene Siedlung und die Straßenanbindung zweigt in Wixhausen von der Bundesstraße 3 ab. Ohne Kfz ist der Zugang vom bebauten Gebiet Arheilgens jedoch ohne Betreten der Wixhäuser Gemarkung möglich.

Quellen

1. ↑ Pressemitteilung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung vom 20. Oktober 2008
2. ↑ FAIR Kick Off

Literatur

• Gottfried Münzenberg, Matthias Schädel: Moderne Alchemie – Die Jagd nach den schwersten Elementen. Braunschweig/Wiesbaden 1996. ISBN 3-528-06474-9

Weblinks

• Homepage des GSI Helmholtzzentrums
• Ausführliche Informationen über FAIR auf Welt der Physik
• Video über FAIR

49.9313888888898.67916666666677Koordinaten: 49° 55′ 53″ N, 8° 40′ 45″ O