GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
Rechtsform	GmbH
Gründung	1969
Sitz	Darmstadt
Leitung	Prof. Horst Stöcker (wissenschaftlich) Dr. Hartmut Eickhoff (technisch)
Mitarbeiter	1050
Branche	Großforschungseinrichtung
Website	gsi.de

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

Angaben zum Unternehmen

Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung hat seinen Sitz in der Planckstr. 1 in 64291 Darmstadt.

Gesellschafter sind die Bundesrepublik Deutschland (90 %) und das Bundesland Hessen (10 %). Das Zentrum ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.

Ihre aktuelle Bezeichnung erhielt die Einrichtung am 7. Oktober 2008, um die Helmholtz-Gemeinschaft bundesweit und international stärker ins Bewusstsein zu rücken.^[1]

Großgeräte

Modell der GSI

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 Copernicium 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 Fusion von Kernen, den superschweren Elementen;
• FOPI, ein Groß-Teilchendetektor 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

Behandlungsplatz für Schwerionentherapie mit Mustermaske für die Bestrahlung von Hirntumoren

Die beim GSI Helmholtzzentrum aufgebauten Experimentiereinrichtungen werden in Kooperation mit etwa 1200 Forscherinnen und Forschern betrieben. Der Schwerpunkt liegt in der Atom- und der Kernphysik, der Plasmaphysik und Materialforschung.

Zu den großen Erfolgen der damaligen Gesellschaft für Schwerionenforschung zählen die Synthese und der Nachweis der Elemente Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium, Roentgenium und Copernicium. Außerdem wurde mit der Schwerionentherapie ein Behandlungsverfahren für Tumore entwickelt und erprobt.

Geschichte

Auf Initiative der hessischen Hochschulen in Darmstadt, Frankfurt und Marburg wurde das GSI-Helmholtzzentrum als Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH (GSI) am 17. Dezember 1969 gegründet.^[2] Als Standort wurde ein Waldstück im Norden Darmstadts gewählt. Die Baukosten betrugen ca. 180 Millionen DM. Der von Professor Dr. Christoph Schmelzer, 1971 auch erster Geschäftsführer der GSI, entwickelte UNILAC wurde als erster Teil der Beschleunigeranlage realisiert. Die Anlage lieferte erste Ionenstrahlen für Experimente ab 1975.

In den 1980er Jahren wurden mit dem Strahl des UNILAC mehrere superschwere Elemente an der GSI erstmals synthetisiert sowie der Ringbeschleuniger SIS18 und der Experimentierspeicherring ESR geplant und realisiert. Wissenschaftliche Direktoren dieser Jahre waren Gisbert zu Putlitz (1978-1983) und Paul Kienle (1984-1992).^[3] Die Inbetriebnahme dieser Komponenten der Anlage erfolgte 1990. Bereits unter Paul Kienles Nachfolger Hans Joachim Specht (1992-1999) begann ein Diskussionsprozess um den weiteren Ausbau der Beschleunigeranlagen und Experimentiermöglichkeiten an der GSI. Dieser Diskussionsprozess mündete in der Amtszeit von Walter Henning (1999-2007) in den Projektvorschlag für die Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR).

Das Internationale Beschleunigerzentrum FAIR

Modell der Erstplanung der FAIR Anlage

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.^[4] Es ist geplant, die grundlegenden Teile dieses Zentrum bis 2018 fertigzustellen. Der Ausbau soll etwa 1,1 Mrd. Euro kosten. Kernstück ist ein mit supraleitenden Magneten ausgeführter Doppelringbeschleuniger (SIS 100/300). Dieser wird auf einen Umfang von 1100 m kommen. Voraussichtlich können ab dem Jahr 2017 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. Wegen finanzieller Rahmenbedingungen können von den geplanten Komponenten zunächst nur SIS 100, HESR, CR und SFRS sowie eine Messhalle mit Experimenten an einem festen Target für Kernmaterie-Studien realisiert werden (Modularized Start Version).

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 in den Naturgesetzen unserer Welt und einer Welt, die aus Antimaterie besteht. Das experimentelle Programm an FAIR fußt daher auf vier Themengebieten: Kernstruktur, nukleare Astrophysik und Reaktionen (NuSTAR Kollaboration), Kernmaterie (Baryonen)- Experimente (CBM Kollaboration), Hadronenphysik (PANDA Kollaboration) sowie Experimenten aus Atom-, Plasma-, Materialforschung und Biophysik (APPA Kollaboration).^[5]

Strukturell ist die Facility for Antiproton and Ion Research eine unabhängige GmbH, wobei die ersten Anteilseigner der GmbH die Länder Deutschland, Russland, Indien, Rumänien und ein schwedisch-finnisches Konsortium waren.^[6] Nach Zusage von finanziellen Beiträgen aus dem Ausland wurde die FAIR GmbH am 5. Oktober 2010 gegründet. Erster wissenschaftlicher Direktor von FAIR ist Boris Sharkov, administrative Geschäftsführerin Simone Richter.

Meilensteine

• 1966 - Gründung der Kernphysikalischen Arbeitsgemeinschaft Hessen (KAH)
• 1969 - Gründung der Gesellschaft für Schwerionenforschung
• 1970 - Beginn der Mitarbeit in der Arbeitsgemeinschaft der Großforschungsanlagen (AGF)
• 1975 - Erste Experimente am Linearbeschleuniger UNILAC
• 1981–1984 - Synthese und Entdeckung der ersten neuen chemischen Elemente (107-109) von insgesamt sechs neuen bis heute
• 1990 - Inbetriebnahme des Ringbeschleunigers SIS-18 und des Speicherringes ESR
• 1994–1996 - Synthese und Entdeckung der Elemente mit den Ordnungszahlen 110-112
• 1997 - Erste Patientenbehandlung mit Kohlenstoff-Ionen am GSI-Therapieplatz
• 2001 - Entwurf zum neuen Beschleunigerzentrum FAIR eingereicht
• 2007 - Offizieller Projektstart von FAIR
• 2008 - Das Hochenergielasersystem PHELIX geht in Betrieb
• 2008 - Die Gesellschaft für Schwerionenforschung wird in GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH umbenannt

Sonstiges

Die GSI hat ihre Zufahrt über den Darmstädter Stadtteil Wixhausen. Das Gelände selbst liegt aber auf der Gemarkung des Stadtteils Arheilgen. Die Vorwahl der Telefonnummern ist, da bei Gründung der GSI nicht mehr genügend Darmstädter Nummern zur Verfügung standen, die vom Nachbarort Messel.

Einzelnachweise

1. ↑ Pressemitteilung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung vom 20. Oktober 2008
2. ↑ Informationsseite zur Geschichte des GSI-Helmholtzzentrums
3. ↑ Geschäftsführung des GSI-Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung
4. ↑ Pressemitteilung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung vom 7. November 2007
5. ↑ Übersicht über Experimentkollaborationen an FAIR
6. ↑ Pressemeldung über den Staatsvertrag und die Gründung der FAIR GmbH

Literatur

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

Weblinks

 Commons: Category:GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung – Sammlung von Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• Homepage des GSI Helmholtzzentrums
• Ausführliche Informationen über FAIR auf Welt der Physik
• Video über FAIR
• Homepage der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR)

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