Die Beschleunigeranlage
FAIR wird eine der größten und komplexesten Teilchenbeschleuniger-Anlagen weltweit. Die FAIR-Beschleunigeranlage kann, wie sonst keine andere Anlage der Welt, Teilchenstrahlen von allen chemischen Elementen (bzw. Ionen) sowie Antiprotonen liefern. Die Teilchen werden in der FAIR-Beschleunigeranlage auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und den wissenschaftlichen Experimenten zugeführt. FAIR wird die Teilchenstrahlen mit herausragender Intensität und Qualität erzeugen. Die FAIR-Anlage besteht aus einem unterirdischen Ringbeschleuniger mit 1.100 Metern Umfang, Experimentierringen und -stationen mit insgesamt mehreren Kilometern Strahlführung. Als Injektor für die neue FAIR-Anlage wird die vorhandene Beschleunigeranlage des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung dienen.
Ringbeschleuniger SIS100
Der Ringbeschleuniger SIS100 verläuft in einem unterirdischen Tunnel, dessen Sohle bis zu 17 Meter unter der Erde liegt. Der SIS100 hat einen Umfang von 1100 Metern und kann Ionen aller natürlichen Elemente des Periodensystems bis auf 99% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Die Magnete, die die Ionen auf ihrer Bahn halten, sind supraleitend und werden mit flüssigem Helium auf -269°C gekühlt. Die beschleunigten Teilchen werden entweder direkt für Experimente genutzt oder zur Produktion von anderen Teilchen, so genannten sekundären Teilchen.
Sekundäre Teilchen
Ein wesentlicher Aspekt der FAIR-Anlage besteht darin, dass gezielt exotische Teilchen produziert werden können. Beim Aufprall der beschleunigten Ionen auf eine Materialprobe entstehen an zwei sogenannten Produktionstargets zum Beispiel Antiprotonen oder spezielle Isotope. Die Isotope werden mit dem Super-Fragmentseparator (Super-FRS), einer riesigen, über hundert Meter langen Sortiermaschine, anschließend gezielt herausgefiltert und für weitere Experimente genutzt.
Speicherringe
An den SIS100-Ringbeschleuniger und den Super-FRS schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. In Speicherringen können die neu produzierten Teilchen eingefangen werden. Somit gehen diese wertvollen und seltenen Teilchen den Wissenschaftsteams nicht verloren. Im Gegenteil, sie können bei jedem Umlauf neu mit ihnen experimentieren. Ein genialer Trick, denn die „Mehrfachnutzung“ eines Teilchens entspricht indirekt wiederum der Erhöhung der Intensität, ohne hierfür die Beschleunigeranlage zu benötigen.
GSI – erste Beschleunigungsstufe
Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger dienen als erste Beschleunigungsstufe. Der Linearbeschleuniger UNILAC ist 120 Meter lang und beschleunigt bis auf 20% der Lichtgeschwindigkeit. Der Ringbeschleuniger SIS18 hat einen Umfang von 216 Meter und beschleunigt die Ionen bis auf 90% der Lichtgeschwindigkeit. Vom SIS18 können die Ionen dann in den Ringbeschleuniger SIS100 geschossen werden.
