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„Campus-Ansichten“: Beschleunigerhalle der Göttinger Physik

Materialanalyse unterm Ionenstrahl „Campus-Ansichten“: Beschleunigerhalle der Göttinger Physik

Die Tageblatt-Herbstserie „Campus-Ansichten“ bietet Einblicke und Ausblicke, die die Universität und Forschungsinstitute in Göttingen von Seiten zeigen, die nur wenigen Menschen bekannt sind. Um die Beschleunigerhalle dreht sich Folge 17.

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Prof. Hans Hofsäss vom II. Physikalischen Institut beim Beschleuniger.

Quelle: Hinzmann

Göttingen. Mehrfach gesichert ist der Weg zur Beschleunigerhalle der Neuen Physik. Am Friedrich-Hund-Platz 1 beschießen Wissenschaftler Proben mit Ionen. Sie können so deren Zusammensetzung ermitteln oder Materialeigenschaften verändern.

Groß wie ein Tennisfeld ist die Beschleunigerhalle. Die beiden Ionenbeschleuniger stehen dort in zwei eigens mit Mauern abgeschirmten Bereichen. Die großen Quader sind aus Beton, dem Baryt beigemischt wurde. „Er hält die Röntgenstrahlung zurück, die in einem unerwünschten Nebeneffekt entsteht“, erläutert Prof. Hans Hofsäss vom II. Physikalischen Institut. Zur Aufstellung der Geräte ist eine Genehmigung des Gewerbeaufsichtsamtes nötig. Der TÜV kontrolliert die Ionenbeschleuniger alle zwei Jahre. Während des Betriebs darf sich niemand den Geräten nähern. Die Zugänge sind gesondert gesichert. Verschafft sich jemand Zutritt, fahren die Ionenbeschleuniger automatisch herunter.

Mittels einer Gasentladung, wie sie auch in einer Leuchtstoffröhre geschieht, werden die Ionen, elektrisch geladene Atome, erzeugt. Durch Anlegen einer Spannung werden sie beschleunigt; bei der kleineren Anlage in Göttingen mit 500 000 Volt auf mehrere 1000 Kilometer pro Sekunde. Ein großer Elektromagnet leitet die Ionen dann um. Er lässt nur Ionen mit einer vorher festgelegten Masse hindurch. Bei erhöhter Luftfeuchtigkeit kann sich die Hochspannung zur Decke hin entladen. Davon zeugen schwarze Flecken an der Decke.

Die zweite Anlage beschleunigt die Ionen mit einer Spannung von drei Millionen Volt. Diese Spannung wird in einem Drucktank erzeugt, der mit einem elektrisch isolierenden Gas gefüllt ist. Beschleuniger dieses Typs können sehr energiereiche Röntgenstrahlung erzeugen. „Sie wird zum Durchleuchten von Schiffscontainern oder ganzen Lkw genutzt“, sagt Hofsäss. Die Geschwindigkeit der Ionen ist nun so groß, dass Kernreaktionen möglich sind. „Es lassen sich etwa die Atomkerne von Stickstoff und Wasserstoff miteinander verschmelzen“, führt der Professor aus. Diese Kernreaktion ist eine sehr empfindliche Methode zum Nachweis von Wasserstoff.

Die Göttinger beschießen Materialproben mit den Ionen. Sie können so die Elemente und die Struktur, in der sie angeordnet sind, bestimmen. Das ist nahezu zerstörungsfrei für verschiedene Schichten der Probe möglich. Die Technik kommt etwa in der Solarzellenproduktion bei der Qualitätssicherung zum Einsatz. Museen prüfen so bei archälogischen Objekten oder Kunstobjekten die Zusammensetzung von Farben oder Legierungen.

„Mit dem Verfahren lassen sich aber auch Ionen in ein Material einbauen, was deren Eigenschaften verändert“, führt Hofsäss aus. Motorenteile werden so mit Kohlenstoff, Werkzeuge mit Titannitrid beschichtet, was den Verschleiß mindert.

Von Michael Caspar

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