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1. GSI und FAIR

2. GSI- und FAIR-Beschleunigeranlage

2.1 Ionenquellen

Die Ionenquellen sind der Startpunkt der GSI/FAIR-Beschleunigeranlage. Hier können Ionen aller (natürlichen) Elemente des Periodensystems mithilfe elektrischer Hochspannung (bis zu 300 000 V) erzeugt werden. Anschließend werden sie in die Beschleunigungskette aus einem Linear- und einem Ringbeschleuniger eingespeist.

2.2 Linearbeschleuniger UNILAC

Der Linearbeschleuniger UNILAC (engl. UNIversal Linear ACcelerator) hat eine Länge von 120 Metern. Ionen, d.h. geladene Atome, aller chemischer Elemente können mit dieser Beschleunigereinheit auf bis zu 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit (60.000 km/s) beschleunigt werden. Der geöffnete Beschleuniger ist nur während Wartungsarbeiten zu sehen. Der UNILAC ist aus drei verschiedenen, hintereinander geschalteten Beschleunigerstrukturen zusammengesetzt.

2.2 Beschleunigerring SIS18

Im Beschleunigerring SIS18 (SchwerIonenSynchrotron) mit einem Umfang von 216 Metern wird der vorbeschleunigte Ionenstrahl aus dem UNILAC in einigen hunderttausend Umläufen weiter beschleunigt, bis hin zu 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit (270.000 km/s).

2.3 Speicherring ESR

Im Speicherring ESR (ExperimentierSpeicherRing) mit einem Umfang von 108 Metern können die im UNILAC und SIS18 beschleunigten Ionen mit sehr hohen Geschwindigkeiten gespeichert und zum Experimentieren genutzt werden.

2.4 Cryring

Der Cryring ist ein Speicherring, der 54 m Umfang hat und in dem ein besonders hohes Vakuum (10-11 mbar) erzeugt werden kann. Er ist der erste Beschleunigerring der zukünftigen FAIR-Anlage und spielt eine wichtige Rolle beim Test von Komponenten für FAIR und beim Test der Kontrollsoftware des SIS100-Beschleunigerrings.

2.4 Fragmentseparator FRS

Der 75 Meter lange FRS (FRagmentSeparator) ist hinter dem Ringbeschleuniger SIS18 angeordnet. Mit ihm können Fragmente aus natürlichen schweren Atomkernen erzeugt und separiert werden. Diese Kernfragmente entsprechen Atomkernen von seltenen oder neuen Isotopen bekannter Elemente. Sie können anschließend direkt zu einem Experimentierplatz geleitet oder im ESR gespeichert werden.

3.1 Green IT Cube

Der Green IT Cube ist ein Hochleistungs-Rechenzentrum, mit dem die Forschenden von GSI und FAIR die großen Datenmengen aus den Experimenten auswerten wollen. Es wird im Endausbau mit einer Kühlleistung von zwölf Megawatt eines der größten wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt sein. Dank eines innovativen Kühlsystems spart der Green IT Cube 90 Prozent der Kühlenergie im Vergleich zu anderen Supercomputern. Das macht ihn sehr energieeffizient und damit kostensparend.

4. Experimente

4.1 Schwere Elemente

Dieser Forschungsbereich von GSI beschäftigt sich mit dem Nachweis und der Entdeckung superschwerer Elemente. Das sind Elemente, die schwerer sind als das schwerste natürlich vorkommende Element Uran mit der Ordnungszahl 92. Dazu stehen bei GSI verschiedene Messaufbauten wie etwa SHIP (engl. Separator for Heavy Ion reaction Products) und TASCA (engl. TransActinide Separator and Chemistry Apparatus) zur Verfügung.

4.2 HADES

Der Detektor HADES (engl. High Acceptance Di-Electron Spectrometer) ist einer der größten Experimentieraufbauten am GSI. Mit ihm wird komprimierte und erhitzte Kernmaterie untersucht, die in Kollisionen zwischen schweren Ionen entsteht. Die verschiedenen Ebenen dienen der Identifizierung von unterschiedlichen Teilchen z.B. aufgrund ihrer Ladung, Geschwindigkeit oder Masse.

4.3 PHELIX

Mit diesem Hochleistungs- und Hochenergielaser PHELIX (engl. Petawatt High-Energy Laser for Ion EXperiments) werden grundlegende Ereignisse in der Plasma- und Atomphysik erforscht. Bei GSI besteht die weltweit einmalige Möglichkeit, Experimente durchzuführen, in denen Laser- und Ionenstrahlen miteinander kombiniert werden.

4.4 ALICE-Experiment am CERN in Genf

Der Large Hadron Collider (LHC) am CERN ist der größte Beschleuniger der Welt. ALICE (engl. A Large Ion Collider Experiment) gehört zu den vier großen Experimenten, die am LHC durchgeführt werden. Der 25 Meter lange, 16 Meter breite, 16 Meter hohe und ca. 10.000 Tonnen schwere Detektor beherbergt 18 Detektorsysteme. Zum Bau zweier wichtiger ALICE-Bestandteile, der Zeitprojektionskammer (TPC) und dem Übergangsstrahlungsdetektor (TRD), hat GSI wesentlich beigetragen.


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5. Tumortherapie

5.1 Krebstherapie mit Ionenstrahlen bei GSI

Am GSI Helmholtzzentrum wurde eine bahnbrechende neue Krebstherapie entwickelt. Grundlage hierfür waren langjährige Forschungsarbeiten und die große Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen des GSI.

Mit großem Erfolg wurden bei GSI von 1997 bis 2008 über 440 Patient*innen mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionenstrahlen behandelt. Der Vorteil der neuen Therapie liegt darin, dass der Ionenstrahl seine größte Wirkung im Tumor erzielt und das umliegende gesunde Gewebe schont.

6. Komponenten und Anlagen für FAIR

6.1 SIS100-Dipolmagente

Die Dipolmagnete des zukünftigen FAIR-Beschleunigerrings SIS100 werden die Ionen auf ihre Ringbahn lenken. Insgesamt werden 110 dieser supraleitenden Magnete in den Beschleuniger eingebaut.

6.2 Kryotestanlage

An der Kryotestanlage werden alle supraleitenden Magnete des zukünftigen FAIR-Beschleunigers SIS100 getestet, bevor sie eingebaut werden. Dabei werden sie mit flüssigem Helium auf -269°C gekühlt und dann getestet, ob sie die erforderlichen hohen und schnell veränderlichen Magnetfelder erzeugen können.

7. FAIR-Visualisierungen

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