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Diese deutschen Forschungsanlagen solltet ihr 2017 im Auge behalten

Anna Schughart 15.12.2016

Um die kleinsten Dinge zu erforschen, braucht es manchmal die größten Anlagen. 2016 hat sich auf diesem Gebiet in Deutschland viel getan. Ein Überblick über die Forschungsanlagen, die hierzulande dieses Jahr wichtige Meilensteine erreicht haben – und von denen wir 2017 noch viel hören werden.

Was ist XFEL? Wer verbirgt sich hinter KATRIN? Und ist mit Wendelstein 7-X ein Berg gemeint? Bei den kryptischen Namen großer Forschungsanlagen verliert man leicht den Überblick. Dabei arbeiten sie kontinuierlich daran, unser Wissen über das Universum zu erweitern. WIRED stellt einige der deutschen Anlagen vor, die dieses Jahr wichtig waren, und zeigt, was 2017 noch kommen wird.

KATRIN – Karlsruhe
Steht für: KArlsruhe TRItium Neutrino
Ist: eine Waage für die leichtesten Teilchen im Universum
Macht: Neutrinos sind die leichtesten Teilchen im Universum und haben keine elektrische Ladung. Nur selten gibt es Wechselwirkungen zwischen Neutrinos und anderen Teilchen. Für die Entdeckung, dass Neutrinos überhaupt eine Masse haben, gab es 2015 den Physik-Nobelpreis. Das internationale KATRIN-Projekt soll jetzt herausfinden, welche Masse genau die Teilchen haben. Bei KATRIN werden die Neutrinos indirekt gemessen, mit Hilfe von Elektronen.
Was bringt das? Neutrinos sind Teil des Standardmodells der Teilchenphysik. Um es zu verstehen, muss man auch die Neutrinos verstehen. Auf der KATRIN-Website heißt es: „Es ist die unbekannte Masse der Neutrinos, die der Schlüssel für unser Verständnis von 'Masse' in der Natur sein könnte.“
Wie sieht das aus? Insgesamt ist die Anlage 70 Meter lang. KATRIN hat dabei mit 24 m Länge und 10 m Durchmesser den größten Vakuumtank der Welt.
Stand der Dinge: Im Oktober war der „first flight“ – zum ersten Mal flogen Elektronen durch die Anlage. Im Herbst 2017 soll der reguläre Messbetrieb beginnen. Erste Ergebnisse wird es dann 2018 geben.

Das Haupt-Spektrometer von KATRIN inklusive Luftkernspule

European XFEL – Hamburg
Steht für: Europäischer X-Ray Free-Electron Laser
Ist: ein starker Röntgenlaser
Macht: Der European XFEL kann extrem starke Röntgenlaserstrahlen erzeugen – bis zu 27.000 Röntgenblitze pro Sekunde. (Wie genau das geht, könnt ihr hier nachlesen)
Was bringt das? Der European XFEL ist ein Analyseinstrument, mithilfe der Röntgenblitze kann er winzige Strukturen, ultraschnelle Vorgänge und extreme Zustände erforschen. Heißt zum Beispiel: Molekülstrukturen erforschen, chemische Reaktionen „filmen“ oder herausfinden, wie sich Materie in der Sonnenatmosphäre verhält.
Wie sieht das aus? Die Forschungsanlage ist 3,4 Kilometer lang.
Stand der Dinge: Nach der Einweihung im Oktober wird European XFEL jetzt betriebsbereit gemacht. Im Mai 2017 läuft der Testbetrieb, im Juni kann mit den Experimenten begonnen werden.

Undulator-System im European XFEL-Photonentunnel

FAIR – Darmstadt
Steht für: Facility for Antiproton and Ion Research
Ist: der Teilchenbeschleuniger 2.0
Macht: Kernstück der Anlage wird der Doppelringbeschleuniger sein. Hier werden verschiedenen Ionen beschleunigt, die anschließend auf ein Ziel-Material krachen. Diese Reaktionen können die Wissenschaftler dann untersuchen. Unter anderem sollen dabei auch Antiprotonen, also Antimaterieteilchen, entstehen. Wichtig für die Experimente ist die Intensität der Ionenstrahlen. Je größer sie ist, desto wahrscheinlicher ist es, seltene Reaktionen zu beobachten. FAIR verspricht: „Für die Wissenschaftler wird eine Vielzahl neuer Kerne zugänglich, die bisher nicht im Labor hergestellt werden konnten.“
Was bringt das? FAIR will sich um die fundamentalen Fragen rund um den Aufbau von Materie und den frühen Zustand des Universums kümmern. Dabei sollen zum Beispiel Fragen wie: „Wie hat sich Masse im frühen Universum ausgebreitet und warum sieht das Universum heute so aus, wie es ist?“ beantwortet werden.
Wie sieht das aus? Die Länge des Ringbeschleunigers beträgt 1,1 Kilometer.
Stand der Dinge: FAIR muss noch gebaut werden. Baubeginn soll im Sommer 2017 sein. Ein Großteil der Anlage soll dann 2022 fertig sein, der Vollbetrieb ab 2025 beginnen.

Die geplante Beuschleunigeranlage in der 3D-Ansicht

Einstein-Elevator – Hannover
Ist: ein Turm für Schwerelosigkeit
Macht: Was tun, wenn man das Verhalten von Dingen in der Schwerelosigkeit oder bei Mikrogravitation erforschen will? Die Zahl der Wissenschaftler, die zu der Schwerelosigkeit des Weltraums Zugang haben und beispielsweise Experimente auf der Internationalen Raumstation machen können, ist vergleichsweise klein. Bleiben noch Parabelflüge – oder Falltürme. Der Einstein-Elevator ist allerdings kein gewöhnlicher Fallturm, sondern eine Weiterentwicklung. Statt mit einer Vakuum-Röhre, arbeitet der Einstein-Eleveator mit einer Gondel, in der ein Vakuum herrscht und in der das Experiment stattfindet. Die luftleere Gondel wird dann beschleunigt und hat anschließend eine ähnliche Flugbahn wie bei einem Parabelflug.
Was bringt das? Genutzt wird der Einstein-Elevator vor allem von Physikern, man kann dort aber zum Beispiel auch Geräte zum Einsatz im Weltraum testen.
Wie sieht das aus? Der Turm ist 40 m hoch.
Stand der Dinge: Noch wird gebaut, Ende 2017 soll das Forschungszentrum in Betrieb genommen werden.

Wendelstein 7-X – Greifswald
Ist: Energie der Zukunft
Macht: Wendelstein 7-X ist eine Forschungsfusionsanlage, die zwischen 60 und 130 Millionen Grad heißes Plasma erzeugen kann. Sie soll zeigen: Mit Fusionsanlagen dieses Typs wäre ein Dauerbetrieb in einem Fusionskraftwerk möglich. Bei Wendelstein 7-X wird eine kleine Menge Gas in ein ultradünnes, aber extrem heißes Plasma umgewandelt. Im Dezember 2015 stellte Wendelstein 7-X zum ersten Helium-Plasma her. Seit Februar läuft er im regulären Betrieb und erzeugt Wasserstoff-Plasma. Dazu braucht es aber ein ideales Magnetfeld, das das ultraheiße Plasma einschließt und indem das Plasma dann schwebt. Aus diesem Grund liegt bei Wendelstein 7-X ein besonderes Augenmerk auf dem Magnetfeld.
Was bringt das? Wendelstein 7-X liefert das Wissen, um später einmal große Kraftwerke dieser Art bauen zu können. Für viele ist die Fusion von Atomkernen die Energie der Zukunft. Das Vorbild ist nichts Geringeres als die Sonne selbst.
Wie sieht das aus? Das Herz von Wendelstein 7-X ist der runde Magnetfeldkäfig, der von 50 supraleitenden, etwa 3,5 Meter hohen Magnetspulen gebildet wird. Hier wird das Plasma eingeschlossen.
Stand der Dinge: Die erste Experimentierrunde wurde im März abgeschlossen. Mitte 2017 ist die Fusionsanlage wieder einsatzbereit. Das Ziel: Bis 2020 soll die Betriebsdauer stetig verlängert werden, bis hin zu 30 min langen Entladungen.