Das Universum im Labor (Stand Nr. 4)

Helmholtz-Institut Mainz (HIM) | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
Institut für Kernphysik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Supraleitende Hohlraumresonatoren

Der am Helmholtz Institut Mainz (HIM) entwickelte Teilchenbeschleuniger HELIAC, das steht für HEmholtz LInear ACcelerator, ist die zukünftige Schlüsseltechnologie, um bisher unbekannte Elemente, wie Sie kurz nach dem Urknall existiert haben könnten, im Labor künstlich zu erzeugen. Mit diesem Instrument wird die lange Forschungstradition des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt fortgeführt, die bereits zur Entdeckung von sechs neuen Elementen geführt hat.
Der HELIAC ist ein Linearbeschleuniger, der geladene Teilchen (Ionen) entlang einer geraden Strecke beschleunigt. Dies wird durch den Einsatz von elektrischen Wechselfeldern, die den Ionen zum richtigen Zeitpunkt einen Schub verleihen, bewerkstelligt. Dabei übertrifft der HELIAC seinen Vorgänger, den Universellen Linearbeschleuniger (UNILAC), in Leistung und Effizienz bei deutlich geringerer Anschlussleistung. So werden die benötigten Strahlzeiten und die Energiekosten um etwa 90% reduziert. Für die Montage des Beschleunigers sind sehr hohe technische Standards erforderlich. Insbesondere muss die Sauberkeit der Oberflächen garantiert sein. Der HELIAC wird daher am HIM entwickelt und montiert, das dank seiner sehr speziellen und einmaligen Infrastruktur (ISO-Klasse 4 Reinraum) ideale Bedingungen für die präzise Arbeit an den empfindlichen Komponenten bietet.

INTERAKTION

In unserem vorgestellten Experiment mit akustischen Resonatoren erklären wir das Konzept der sogenannten Güte von Resonatoren und deren Abklingzeit. Ein hoher Gütefaktor bedeutet, dass pro Schwingungszyklus nur ein geringer Teil der eingesetzten Energie verloren geht.Wir ziehen den Vergleich zur Effizienz einer supraleitenden Beschleunigerkavität - der Schlüsselkomponente des HELIAC und beantworten dabei die Frage: Wie lange eine Glocke nach einmaliger Anregung klingen würde, wenn sie die Güte einer supraleitenden Beschleunigerkavität hätte?

ZIELGRUPPE

Ab Sekundarstufe II (ab ca. 16 Jahre, auch Erwachsene)