Im „KARA-Gebäude“ selbst wurde uns dann von Dr. Schuh und Dr. Buth ein einstündiger Vortrag über die Funktionsweise und Anwendungsmöglichkeiten des Synchrotrons und des Linearbeschleunigers gehalten. Beschleuniger wie der Synchrotron haben viele interessante Anwendungsmöglichkeiten wie beispielsweise in der Materialprüfung, Lithographie und auch für Grundlagenforschung. Als Beispiel für Grundlagenforschung wurde uns gezeigt, wie Biologen durch die Anwendung der Synchrotronstrahlung das Innere einer Larve „fotografieren“ konnten und so die evolutionäre Entwicklung der Wespen untersucht haben. Besonders interessant ist zudem, dass das KIT auch an neuen Möglichkeiten forscht, um mit der Hilfe eines kleinen Teilchenbeschleunigers aus Plasma Krebs zu bekämpfen. Diese Technologie befindet sich noch in den Kinderschuhen.

Nach dem Vortrag wurden uns dann Kara und Flute selber direkt gezeigt.  Dort konnte man sich nochmal die Funktionsweise direkt anschauen. Die Elektronen von Kara werden durch eine Beschleunigungskette erst mal normal mit einer Glühkathode, dann mit einem Rennbahnmikroton und letztendlich mit einem Boostersynchrotron auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die etwa 23km/h weniger als Lichtgeschwindigkeit ist. Am Ende gelangen die Elektronen in einen Speicherring, welcher sie nur mit einem Magnetfeld ablenkt und auch damit beschleunigt (Zentripetalbeschleunigung). Durch die Beschleunigung der Elektronen wird weißes Licht tangential zur Bewegrichtung des Elektrons emittiert. (siehe Bild1) Dieses weiße Licht kann jetzt durch ein Kristall in verschiedene Wellenlängen gebrochen werden (wie beispielsweise Röntgenstrahlung). Außerdem findet durch das Emittieren des Lichts außen auch Elektronenanregung der Luft statt, was zu der Bildung von giftigem Ozon führt, von welchen ich auch Gefahrenhinweise finden konnte. (siehe Bild2)

Die Synchrotronstrahlung wird „abgefangen“ mit korrekt platzierten Reflektoren. Dadurch kann man die Strahlung dafür benutzen, verschiedene Sachverhalte zu untersuchen wie zum Beispiel das Innere der Larve. Am Ende des Strahlganges befindet sich eine dicke Bleimauer, um die Strahlen zu absorbieren. (siehe Bild3)

Am Ende des Vortrags wurde uns auch erzählt, dass die Energiekosten mittlerweile auf 2 Millionen Euro pro Jahr kommen, welche sie aber auch mit der PV-Anlage auf dem Dach ein wenig verringern können. Jährlichen scheinen es 10 000 000 kWh (10 Gigawattstunden) zu sein. Selbst die Solaranlagen auf dem Dach, welche 1215m² einnehmen, können diesen Verbrauch mit einem jährlichen Ertrag von 230 000 kWh gerade einmal zu knapp unter einem 40stel decken.

Des Weiteren wurde uns auch noch der Aufbau von Flute gezeigt. Bei Flute werden die Elektronen durch das Auftreffen von ultravioletter Strahlung auf einer Kupferplatte erzeugt, statt wie bei Kara durch eine Glühkathode. Der Nutzen davon ist, dass man die Anzahl der Elektronen besser kontrollieren kann, da diese wichtig für die Berechnung der Intensität des erzeugten Elektronenstrahls ist. Bei Flute werden die Elektronen in einem bestimmten Rhythmus also z.B. jede Femtosekunde beschleunigt, um die Dauer des erzeugten Lichtes zu messen, wenn die Elektronen an einem Gegenstand auftreffen. Dies kann für Materialforschung und für andere Bereiche hilfreich sein.

Interessant finde ich auch, dass verschiedene Konzepte trotzdem die gleichen Grundlagen verwenden, so benutzen beide, Kara und Flute, ähnliche Elektromagneten zur Bündelung des Elektronenstrahls. (siehe Bild 4).

Insgesamt kann man sagen, dass der Tag vollgepackt mit vielen Informationen war. Die Vorträge am Anfang waren generell sehr hilfreich, um die einzelnen Zusammenhänge später dann direkt bei dem Teilchenbeschleuniger zu verstehen und auch da selber Zusammenhänge zu erkennen. Die Teilchenbeschleuniger direkt zu sehen, war auch sehr interessant, da es einen guten Einblick in die praktische Arbeit gegeben hat.

Arthur (LK Physik)

 

Bemerkung von Herrn Aichert:

Ein großes Dankeschön geht an unsere Guides, Herrn Schuh und vor allem Herrn Buth.

Herr Buth hat die letzten 15 Jahre Physikleistungskursen des TMG die Möglichkeit gegeben, sich den Beschleuniger von der Nähe anzusehen. Herr Dr. Buth, der auch drei Töchter am TMG hatte, war dieses Mal das letzte Mal dabei, da er leider bzw. erfreulicherweise in Pension geht. Im Namen des TMG – vielen Dank, Herr Dr. Buth!

Glücklicherweise ist mit Dr. Schuh ein weiterer „Papa“ des TMG am Beschleuniger aktiv und die Kooperation mit dem KIT kann an dieser Stelle weitergehen. Glück gehabt!