FAIR

Bei GSI entsteht das neue Beschleunigerzentrum FAIR. Erfahren Sie mehr.

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17.12.2009 | 40 Jahre GSI – 40 Jahre internationale Spitzenforschung

GSI-Gründung am 17. Dezember 1969

G. Otto/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

Linearbeschleuniger der GSI

A. Zschau/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

Ringbeschleuniger

 

Vor 40 Jahren, am 17. Dezember 1969, wurde das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt gegründet, damals noch unter dem Namen Gesellschaft für Schwerionenforschung.

GSI ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft mit einem Jahresetat von gut 100 Millionen Euro und über 1.000 Mitarbeitern. GSI betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen, das heißt Strahlen aus geladenen Atomen. Jährlich nutzen etwa 1.200 Wissenschaftler aus aller Welt die Ionenstrahlen für Experimente in der Grundlagenforschung. Das Forschungsprogramm umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über Plasma- und Materialforschung bis hin zur Biophysik und Medizin reicht. Die wohl bekanntesten Ergebnisse sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen, wie dem Element 110, Darmstadtium, und die Entwicklung einer neuartigen Krebstherapie mit Ionenstrahlen, die sich seit kurzem im Routineeinsatz an Kliniken befindet. Weitere Beispiele herausragender Forschungsergebnisse sind die Entdeckung neuer radioaktiver Zerfallsarten und die Entdeckung hunderter neuer Isotope, also neuer Atomsorten bereits bekannter Elemente. In den kommenden Jahren wird bei GSI das Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) mit einem Investitionsvolumen von rund 1,2 Milliarden Euro errichtet, wovon 25 Prozent durch internationale Partner getragen werden.

Entdeckung neuer Elemente

Wissenschaftlern gelang es am Beschleuniger des GSI Helmholtzzentrums insgesamt sechs chemische Elemente mit den Ordnungszahlen 107 bis 112 zu entdecken. Die Entdecker durften, nach der offiziellen Anerkennung durch die dafür zuständige Chemiker-Union IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), bereits fünf Elementen einen Namen geben: Bohrium für Element 107, Hassium für Element 108, Meitnerium für Element 109, Darmstadtium für Element 110 und Roentgenium für Element 111. Vor wenigen Monaten ist auch die Entdeckung des Elements 112 offiziell anerkannt worden. Damit verbunden hat GSI den Namensvorschlag Copernicium zu Ehren von Nikolaus Kopernikus eingereicht, der derzeit, wie bei diesem Vorgang üblich, etwa ein halbes Jahr von der Wissenschaftsgemeinde geprüft wird. Neben der Entdeckung neuer Elemente beschäftigen sich Wissenschaftler bei GSI mit der generellen Frage, wie die chemischen Elemente entstanden sind, die die Bausteine aller Stoffe und die Grundlage für unser Leben sind. Dazu versuchen die Wissenschaftler Bedingungen herzustellen, wie sie im Inneren von Sternen herrschen. Denn wie alle Materie um uns herum stammt auch jedes Atom unseres eigenen Körpers aus Sternenstaub und wurde in früheren Sternengenerationen geschaffen.

Krebstherapie mit Ionenstrahlen 


Eine weltneue Krebstherapie mit Ionenstrahlen haben GSI-Wissenschaftler zusammen mit Medizinern entwickelt und am Beschleuniger bei GSI erfolgreich zum Einsatz gebracht. Die Therapie mit Ionenstrahlen ist präzise, hochwirksam und für die Patienten sehr schonend. Am Therapieplatz bei GSI wurden 440 Patienten mit Heilungsraten von über 90 Prozent und sehr geringen Nebenwirkungen behandelt. Seit wenigen Wochen befindet sich diese Art der Tumortherapie am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) in der klinischen Routineanwendung. Die Beschleunigeranlage und die Bestrahlungstechnik für HIT haben GSI-Wissenschaftler und -Techniker entwickelt und gebaut. Im Rahmen eines Lizenzvertrages des GSI Helmholtzzentrums mit der Siemens AG sind weitere Anlagen nach dem Heidelberger Vorbild in Marburg und in Kiel bereits im Bau.

GSI-Gründung und Aufbau der Forschungsanlage 


Die Gründung der Gesellschaft für Schwerionenforschung initiierten Professoren der Universitäten Marburg, Darmstadt, Frankfurt, Mainz, Heidelberg und Gießen. Sie erarbeiteten das Konzept eines gemeinsamen Labors und entwickelten dafür einen neuen Schwerionenbeschleuniger sowie Messapparaturen für die Experimente. Damit war ein eigenständiges zentrales Labor mit Großgeräten für die Schwerionenforschung auf den Weg gebracht, das die Möglichkeiten einer einzelnen Universität überstiegen hätte und allen Hochschulen zugänglich war. Am 17. Dezember 1969 unterzeichneten das Land Hessen und der Bund den Gesellschaftervertrag der GSI, in dem das Land Hessen zu 10 Prozent und der Bund zu 90 Prozent beteiligt waren. Nach fünf Jahren Bauzeit wurde der Beschleuniger, der 120 Meter lange Linearbeschleuniger UNILAC (Universal Linear Accelerator), in Betrieb genommen. Mit ihm können Ionen aller chemischen Elemente auf etwa 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Im April 1976 wurden erstmals Ionen des schwersten natürlichen Elements Uran beschleunigt und bei Beschuss auf ein Zielmaterial Kernreaktionen beobachtet.

Im April 1990 wurden weitere Beschleunigereinheiten in Betrieb genommen: ein Ringbeschleuniger mit 216 Metern Umfang, ein so genanntes Synchrotron, und ein Speicherring mit 108 Metern Umfang. Mit der Erweiterung können Ionen auf Geschwindigkeiten bis zu 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden.

Derzeit befindet sich die neue internationale Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) in Vorbereitung. Es ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. FAIR besteht im Endausbau aus acht Kreisbeschleunigern mit bis zu 1100 Metern Umfang, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden dabei als Vorbeschleuniger dienen, um die Ionen auf die notwendige Einschussenergie zu bringen. FAIR wird Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern. An FAIR wird eine nie da gewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein. Etwa 3.500 Wissenschaftler aus aller Welt planen bereits jetzt Experimente, von denen sie sich neue Erkenntnisse über die Struktur der Materie und die Evolution des Universums erwarten.

GSI und CERN 


Durch Initiative von GSI wurde am CERN das Schwerionenprogramm etabliert. GSI baute dazu einen Schwerioneninjektor und beteiligte sich seit den 1980er Jahren an mehreren großen Experimenten. Auch beim Bau und wissenschaftlichen Programm des gerade in Betrieb gegangenen Experiments ALICE (A Large Ion Collider Experiment) am LHC-Beschleuniger war und ist GSI zusammen mit den Universitäten Darmstadt, Frankfurt, Heidelberg und Münster von Anfang an federführend beteiligt. Außerdem wurde unter Mitarbeit der GSI das World-Wide-Grid, eine Weiterentwicklung des World-Wide-Web, aufgebaut, um die enormen Datenmengen zu bewältigen, die an den LHC-Experimenten entstehen. Bei der Inbetriebnahme des LHC-Beschleunigers waren GSI-Mitarbeiter unmittelbar beteiligt.


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Linearbeschleuniger der GSI
Ringbeschleuniger
Blick in den 120 Meter langen Linearbeschleuniger der GSI, der zur Erzeugung der Ionenstrahlen genutzt wird.
Blick in den Tunnel des Ringbeschleunigers.
G. Otto/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
A. Zschau/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH