Weltraumforschung

Die Beschleunigeranlagen der GSI bieten weltweit einzigartige Möglichkeiten zur Simulation der kosmischen Teilchenstrahlung, insbesondere der galaktischen kosmischen Strahlung (GCR), die neben den am häufigsten vorkommenden Protonen und Heliumkernen auch schwere Kerne bis hin zu den Aktiniden enthält. Mit den Beschleunigern UNILAC und SIS-18 stehen Ionen vieler Elemente (auch Eisen, das eine wichtige Rolle spielt) mit hoher Strahlqualität im Energiebereich 1 MeV bis 1 GeV pro Nukleon zur Verfügung. Für leichte Ionen (bis Neon) werden bis zu 2 GeV pro Nukleon Endenergie erreicht. Dieses Spektrum überdeckt einen interessanten Bereich der galaktischen kosmischen Strahlung, in dem sich das Maximum des Teilchenflusses bei einigen 100 MeV pro Nukleon befindet.

Die Simulation der kosmischen Strahlung im Beschleunigerlabor ist ein wichtiges Werkzeug für die Weltraumforschung und Raumfahrt mit folgenden Anwendungs- bereichen:
 

1. Strahlenbiologische Forschung

Im Weltraum sind Astronauten außerhalb des schützenden Magnetfelds der Erde der solaren und galaktischen kosmischen Strahlung ausgesetzt. Durch die damit verbundene Strahlendosis können genetische Veränderungen und Krebs induziert werden. Schwere Atomkerne haben aufgrund ihres hohen lokalen Energieübertrags eine höhere biologische Wirkung als Protonen und tragen daher verstärkt zum Strahlenrisiko bei. Die systematische Untersuchung von Strahlenschäden und Risikoabschätzung ist für Langzeitmissionen unverzichtbar.

2. Erprobung und Kalibrierung von Raumfluginstrumenten

Die Hochenergie-Bestrahlungsanlage Cave A bietet hervorragende Bedingungen für die Erprobung und Kalibrierung von Detektoren, die zur Erforschung der kosmischen Strahlung eingesetzt werden. Damit können wichtige Parameter wie z.B. die Massen- und Ladungs-auflösung

von Teilchenspektrometern bestimmt werden und die Analyse-Software vor dem Flug "auf Herz und Nieren" geprüft werden.  
Bei GSI wurden u.a. Detektorsysteme der Weltraummissionen MAGPIE, SOHO, ACE, ALTEA mit hochenergetischen Schwerionenstrahlen erprobt und kalibriert.

3. Bestrahlung elektronischer Bauteile

Im Weltraum sind komplexe elektronische Bauteile wie z.B. Mikroprozessoren, Datenspeicher-Chips oder andere hochintegrierte Systeme der kosmischen Strahlung ausgesetzt, was im Laufe der Zeit zu einer Beeinträchtigung der Funktion oder zu Datenverlust führen kann. Bei GSI wurden z.B. Speicherchips im Auftrag der Europäischen Weltraumagentur ESA, Mikroprozessoren (IBM) und elektronische Bauteile für Satellitenmissionen und astrophysikalische Experimente (z.B. AMS-Experiment, ALTEA) auf der Internationalen Weltraumstation ISS erfolgreich getestet.

Kontakt: d.schardtgsi.de