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

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GSI-Geschichte - Ein Forschungslabor für alle

A. Zschau, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Die GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH wurde 1969 unter dem Namen Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH (GSI) gegründet (die Umbenennung erfolgte 2008). Seit der Gründung hat sich die Großforschungseinrichtung international einen Namen gemacht. Die Ideen, deren Umsetzung GSI über die Wissenschaft hinaus bekannt gemacht haben, wie die Synthese schwerster Elemente und die Tumortherapie mit schweren Ionen, gab es schon vor mehr als 40 Jahren. In Deutschland fehlte jedoch ein zentrales kernphysikalisches Labor, in dem die Forscher ihre Kräfte bündeln und ihre Visionen verwirklichen konnten. „In den 1960er Jahren forschten Kernphysiker in Deutschland getrennt voneinander in ihren Universitäten. Bei uns in Hessen bestand deshalb ein großes Interesse an einer zentralen Einrichtung“, sagt Professor Dr. Rudolf Bock, einer der GSI-Gründungsväter und Schwerionenforscher der ersten Stunde.

Kernphysiker der drei hessischen Universitäten Darmstadt, Frankfurt und Marburg gaben 1966 den Anstoß: Mit dem Ziel wissenschaftliches Neuland zu erschließen, gründeten sie die „Kernphysikalische Arbeitsgemeinschaft Hessen“ (KAH). In Hessen sollte eine universitätsnahe Forschungsanlage für Schwerionenforschung entstehen, offen für alle Forscher mit guten Ideen. Später schlossen sich die Universitäten Gießen, Heidelberg und Mainz der KAH an.

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Bauarbeiten an den GSI-Gebäuden Anfang der 1970er Jahre: Im Vordergrund entsteht die Experimentierhalle, dahinter das Gebäude für den UNILAC-Beschleuniger.
A. Zschau, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Meilensteine der GSI-Geschichte

1969 Gründung der Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH
1970 Teilnahme an der Arbeitsgemeinschaft der Großforschungseinrichtungen (AGF) (heutige Helmholtz-Gemeinschaft)
1975 Erste Experimente am Linearbeschleuniger UNILAC
1981 bis 2010 Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen und offizielle Aufnahme ins Periodensystem durch die IUPAC: Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium, Roentgenium, Copernicium
1990 Inbetriebnahme des Ringbeschleunigers SIS-18 und des Speicherrings ESR
1997 Erste Patientenbehandlung mit Kohlenstoffionen am GSI-Therapieplatz
2003 Bundesministerium für Bildung und Forschung gibt grünes Licht für die Realisierung der neuen Beschleunigeranlage FAIR bei internationaler Beteiligung
2007 FAIR-Start Event – offizieller Projektstart, FAIR-Partnerländer unterzeichnen gemeinsames Kommuniqué
2008 Inbetriebnahme des Hochleistungslasersystems PHELIX
2008 Umbenennung in GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
2009 Eröffnung des Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrums HIT
2010 Gründung FAIR GmbH, an der GSI zu 75 Prozent Gesellschafter ist
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Bereits seit Beginn der 1960er Jahre arbeitete Professor Dr. Christoph Schmelzer von der Universität Heidelberg am Konzept eines Linearbeschleunigers für schwere Ionen, UNILAC, für Projektile aller Elemente bis hoch zum Uran. „Die Symbiose der hessischen Zielsetzungen für das Labor und dieses leistungsfähigen Beschleunigers betrachtete ich als Glücksfall. Gemeinsam wurde in den folgenden Jahren ein Konzept für ein Beschleunigerlabor entwickelt“, so Bock.

Zur Finanzierung musste forschungspolitische Überzeugungsarbeit geleistet werden. Im Jahr 1969 konnten sich das Bundesforschungsministerium in Bonn und das hessische Kultusministerium nach dreijährigen Diskussionen mit den Wissenschaftlern und Beraterkommissionen über Finanzierung des Projekts, Konzept, Ausstattung und Standort der neuen Forschungsanlage einigen.

Gründungsdatum war der 17. Dezember 1969. Die Bauzeit betrug fünf Jahre. Die Gebäudeplanung folgte einem neuen Konzept, das die interdisziplinäre Zusammenarbeit stärken sollte. „Wir wollten keine abgegrenzten Institute, keine Königreiche, sondern eine kommunikationsfördernde variable Belegung und Durchmischung von Betreibern und Nutzern“, sagt Bock schmunzelnd. Die Baukosten lagen bei etwa 180 Millionen DM, die zu 80 Prozent vom Bund und zu 20 Prozent vom Land Hessen finanziert wurden. Hessens Ministerpräsident Georg August Zinn hatte einen erhöhten Landesanteil anstatt der üblichen 10 Prozent zugesagt.

Dies ermöglichte den Bau von GSI in Hessen anstatt beim Mitbewerber, dem Kernforschungszentrum Karlsruhe. Die ersten Schwerionen beschleunigte der UNILAC 1975, damit starteten die neuen Experimentiereinrichtungen schnell ihren Betrieb. Mit neu entwickelten Apparaten und Verfahren gewannen die GSI-Forscher Wissen über Reaktionsmechanismen von Atomkernen, über deren Hochspin-Zustände, über neutronen- und protonenreiche Kerne, sowie über Atome ohne Elektronenhülle. Ein großer Erfolg waren die Entdeckungen der Elemente 107 bis 112. Die Wissenschaftler ließen sich von einer übergeordneten Frage leiten: Wo liegen die Grenzen der Stabilität der nuklearen Welt?

Schon sehr frühzeitig entstand ein großes Interesse an Ionenstrahlen mit wesentlich höheren Energien, dem sogenannten relativistischen Energiebereich. Einerseits waren diese hohen Energien für eine Tumortherapie unentbehrlich, andererseits eröffneten sich völlig neue Perspektiven für eine Physik der Kernmaterie, ihre Zustandsgleichung und eventuelle Phasenü̈bergänge.

Im Hinblick auf eine spätere GSI-Erweiterung wurde deshalb schon 1974 eine Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum LBNL im kalifornischen Berkeley in die Wege geleitet, wo GSI-Wissenschaftler solche Experimente am BEVALAC-Beschleuniger durchführten. Der Erfolg dieser Pioniertruppe bewog GSI Anfang der 1980er Jahre zum Bau eines Ringbeschleunigers, des Schwerionensynchrotrons SIS-18. Zusätzlich wurden ein Fragmentseparator und der Speichering ESR für schwere Ionen gebaut – Novitäten, die die Experimentiermöglichkeiten von GSI beträchtlich ergänzten und erweiterten.

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Im Jahr 1972 treffen sich die Wissenschaftler der beteiligten Hochschulen am GSI-Betriebshof, um das zukünftige Experimentierprogramm zu besprechen.
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
A. Zschau, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Die Kombination von UNILAC und SIS-18 ermöglichte ab 1997 die erfolgreiche Behandlung von Patienten mit Krebstumoren durch Bestrahlung mit Kohlenstoff-Ionen. Mithilfe des Fragmentseparators und des Speicherrings konnten Hunderte neuer Nuklide erzeugt und untersucht werden. Die Entdeckung dreier neuer radioaktiver Zerfallsarten ist nur ein weiteres Beispiel für herausragende Forschungsergebnisse.

Zur Erforschung des Quark-Gluon-Plasmas, eines Zustands von Kernmaterie bei extremer Dichte und Temperatur, initiierte GSI das Schwerionenprogramm am europäischen Kernforschungszentrum CERN. Dort bauten sie den Schwerionen-Injektor mit auf, der bis heute ein einmaliges Experimentierprogramm ermöglicht. Beim ALICE-Experiment am neuen CERN-Beschleuniger LHC spielte GSI von Anfang an eine führende Rolle.

Doch auch in Darmstadt geht die Entwicklung weiter: Bald soll auf dem GSI-Gelände der Bau des neuen internationalen Teilchenbeschleunigers FAIR in Kooperation mit 16 Partnerländern beginnen. FAIR liefert Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität. Forscher aus aller Welt erwarten sich neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute.

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Der GSI-Geschäftsführer Kienle (l.) und der ehemalige Geschäftsführer Schmelzer (r.) geben den Startschuss für das Synchrotron SIS-18 im Jahr 1990. Rechts unten im Diagramm ist das Messsignal des ersten Umlaufs des Strahls durch den Ringbeschleuniger zu sehen.
A. Zschau, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung