Grundlagenforschung unter der Erde

Dezember 2014 / Verborgene Orte
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Grundlagenforschung unter der Erde

Dezember 2014 / Verborgene Orte 

  Verborgene Orte  

Kölner Orte (Teil 10): Die Teilchenbeschleuniger unter der Universität zu Köln.

 

Wenn Studenten auf der Wiese gegenüber der Universitäts-Mensa sitzen, ahnen sie kaum, was mehrere Stockwerke unter ihnen passiert. Von außen weisen nur ein Gas-Tank und eher unscheinbare Lüftungsrohre darauf hin, dass unter der Wiese Großes passiert: Mit Hilfe von zwei Teilchenbeschleunigern versuchen Wissenschaftler und Techniker vom Institut für Kernphysik, den Aufbau von Atomkernen und Materialien genauer zu bestimmen und mit ihren Erkenntnissen unter anderem Medizinern, Archäologen und Geologen zu helfen. Der erste Beschleuniger ist bereits über 40 Jahre alt; der zweite wurde erst 2011 errichtet. Der Ausdruck „Teilchenbeschleuniger“ ist vor allem vom Genfer CERN, dem Forschungszentrum der Europäischen Organisation für Kernforschung, bekannt. Die Kölner Wissenschaftler widmen sich ebenfalls grundlegenden Fragen der Kernphysik.

„Als Universität betreiben wir vor allem Grundlagenforschung und schauen, wie sich die einzelnen Teile der Atomkerne bewegen und gegenseitig aufeinander wirken“, erläutert Stefan Heinze, Physiker und betreuender Wissenschaftler der Kölner Teilchenbeschleuniger. Dazu werden zum Beispiel aus Titanhybrid hergestellte, geladene Wasserstoff-Teilchen auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt und auf ein zu untersuchendes Zielmaterial geschossen. Anhand der Reaktion lässt sich schlussfolgern, wie dieses aufgebaut ist. „Grundlagenforschung scheint zunächst abstrakt, ist aber wichtig, denn ohne sie wäre keine Anwendung möglich“, sagt Heinze. Und Anwendungsmöglichkeiten gibt es viele. So nutzen Computertomographen (CT) und Magnetresonanztomographen (MRT) das Wissen über den Aufbau von Atomen, um Strukturen im Körper zu erkennen. Auch Knochenkrebs lässt sich mittels der Beschleunigerfrüh erkennen. All-Satelliten besitzen eine Atom-Batterie, eine Art Mini-Atomkraftwerk für die Stromerzeugung. Und Weinliebhaber könnten mithilfe eines Beschleunigersfeststellen, aus welcher Region der Wein tatsächlich stammt. Auch lässt sich mit einem Teilchenbeschleunigerherausfinden, wie alt ein Materialist. „Prominente Beispiele sind Urmensch Ötzi und das Turiner Grabtuch“, erzählt Heinze. In Köln arbeiten Wissenschaftler sowohl mit renommierten Hochschulen wie der Yale-University als auch mit Museen und Privatpersonen zusammen.

Bisher wurden so unterschiedliche Dinge untersucht wie Knochen von einem alten Friedhof aus der Leprazeit, Vulkangestein und ein Fachwerkhaus. „Auch kann man mit Eisbohrungen aus Gletschern in der Antarktis feststellen, wie das Klima in einer früheren Zeit gewesen ist“, sagt Heinze. Dadurch lassesich sogar das Klima vor 900 000 Jahren rekonstruieren.So detailliert wie am CERN könnensich die Kölner Forscher den Atomen aber nicht widmen. „Man kann sich das Ganze wie ein großes Mikroskop vorstellen“, erläutert Heinze. Je stärker der Beschleuniger, desto kleiner sind die Strukturen, die man untersuchen kann. An den Beschleuniger des CERN, der fast 27 Kilometer misst, kommen die Kölner Beschleuniger trotz einer Länge von 50 bis 60 Metern nicht heran. Dennoch sind die Kölner Geräte bemerkenswert. „Bundesweit gibt es nur rund eine Handvoll ähnliche Geräte“, erläutert Heinze. Für die Anschaffung des neuen wurde die Kölner Universität von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ausgewählt – jene hat die 4,5 Millionen Euro Kosten übernommen. Eine Gefahr stellen die Beschleuniger für Mitarbeiter und Bürger über der Erde jedenfalls nicht dar: Eineinhalb Meter dicke Betonwände und Strahlenschutztüren (kleines Bild rechts) sichern die Anlage. „Das würde sogar im noch so unwahrscheinlichsten Schadenfall schützen und ist eigentlich völlig übertrieben“, meint Heinze. Bisher habe es noch nie einen Zwischenfall gegeben.

 
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