Mehr Energie für die Ionen-Forschung

Der neue Netzanschluss der GSI, der vor eineinhalb Jahren im Hinblick auf das geplante Beschleunigerzentrum FAIR in Auftrag gegeben wurde, ist erfolgreich in Betrieb genommen worden. Während der zurückliegenden Experimentierperiode wurden erste Tests für einen neuen Betriebsmodus der GSI-Beschleuniger durchgeführt. Dieser Betriebsmodus ist die Grundlage für die zukünftige Nutzung der GSI-Beschleuniger als Vorbeschleuniger für FAIR.

Zentrale Aufgabe des zukünftigen Beschleunigerzentrums FAIR ist es, Teilchenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität zu liefern. Die Intensität eines Teilchenstrahls ergibt sich aus der Anzahl beschleunigter Teilchen pro Zeiteinheit (z.B.: pro Sekunde). Grundvoraussetzung, um höchste Strahlintensitäten mit FAIR zu erreichen, ist das Umstellen der existierenden GSI Beschleuniger in einen neuen Betriebsmodus, in dem sie in Zukunft als Vorbeschleuniger für FAIR eingesetzt werden.

Aufgrund der erfolgreichen Tests während der letzten Betriebsperiode wird es nun möglich sein, Ionenstrahlen mit einer Taktrate von 1 Hertz (Hz) zu erzeugen. Das heißt, einmal pro Sekunde kann ein Teilchenpaket, bestehend aus etwa 4 Milliarden Teilchen, beschleunigt und zu Experimentierstationen geliefert werden. Dies bedeutet eine Intensitätserhöhung um mehr als den Faktor 3 im Vergleich zu der bisher möglichen Taktrate von 0,3 Hz (bzw. einem Teilchenpaket in etwas mehr als 3 Sekunden).

Im endgültigen Betriebsmodus als Vorbeschleuniger für FAIR müssen Teilchenpakete aus 200 Milliarden Teilchen mit einer Taktrate von bis zu 4 Hz beschleunigt werden. Dieser Schritt ist für 2010 geplant. Bis dahin müssen weitere Ein- und Umbauten am Netzanschluss und Beschleuniger vorgenommen werden.

Die vorhandene Beschleunigeranlage der GSI besteht in der letzten Stufe aus einem Ringbeschleuniger des Typs Synchrotron. Nur mit dem neuen Netzanschluss ist es möglich, das Synchrotron letztlich in dem Betriebsmodus mit erhöhter Taktrate zu fahren. Dies liegt daran, dass das Synchrotron u.a. mit Elektromagneten betrieben wird. Diese Magnete können Magnetfeldstärken von bis zu 1,8 Tesla (T) erreichen. Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Permanentmagnet, der z.B. für Magnettafeln benutzt wird, hat eine Magnetfeldstärke von nur einigen tausendstel Tesla (mT). Wenn die Elektromagnete des Synchrotrons mehrfach pro Sekunde hoch und runter gefahren werden, bedeutet dies innerhalb kürzester Zeit eine starke elektrische Leistungsaufnahme beim Hochfahren und einen großen Leistungsrückfluss beim Runterfahren. Der neue Netzanschluss stellt sicher, dass diese Anforderungen erfüllt werden, und verhindert gleichzeitig Rückwirkungen auf das öffentliche Stromnetz.

Die anvisierten hohen Strahlintensitäten von FAIR sollen es ermöglichen, neue Phänomene und Effekte in den Naturgesetzen zu finden. Denn je höher die Strahlintensität, desto größer wird die Wahrscheinlichkeit, dass ein unbekanntes Phänomen auftritt bzw. ein kleiner Effekt zu beobachten ist. Forscher aus aller Welt erwarten dadurch neue Erkenntnisse im Aufbau der Materie und der Evolution des Universums.

Mit dem Bau des neuen Netzanschlusses an der HSE-Umspannanlage Leonhardstanne wurde im November 2004 begonnen. Er konnte planmäßig nach gut eineinhalb Jahren Bauzeit in Betrieb genommen werden. Die Auslegung des Netzanschlusses ist so konzipiert, dass er für den späteren Betrieb von FAIR geeignet ist. Die Konzeption, Planung und Ausführung des Netzanschlusses wurden gemeinsam von HSE (HEAG Südhessische Energie AG), RWE Power AG und RWE Transportnetz Strom in Zusammenarbeit mit der GSI durchgeführt. Die Maßnahmen wurden durch umfangreiche Berechnungen der Universität Dortmund unterstützt.