Anwendungen der Forschung mit Ionenstrahlen

Aus der anfangs grundlagenorientierten Untersuchung von Ion-Materie-Wechselwirkungsprozessen sind inzwischen einige vielversprechende Anwendungen hervorgegangen. Das wohl markanteste Beispiel bei GSI ist die Entwicklung einer neuen Tumortherapie mit Ionenstrahlen, die gegenwärtig in klinischen Studien mit guten Erfolgen erprobt wird.

Auch von dem neuen Projekt FAIR versprechen sich die Wissenschaftler wichtige Impulse für technische Neuentwicklungen und Anwendungen. Aus heutiger Sicht sind hierfür erkennbar:

Radioaktive Atome werden mit großem Erfolg als Sonden eingesetzt, um Materialeigenschaften oder Prozessabläufe zu untersuchen. Das geplante Beschleunigerzentrum wird für derartige Studien neue radioaktive Sonden erschließen und bei Bedarf als isotopenreine Sekundärstrahlen bereitstellen. Darüber hinaus ergeben sich aus der hohen Energie der Sekundärstrahlen neuartige Möglichkeiten. So kann man die Sonden durch dicke Wandungen hindurch beispielsweise in Hochdruckzellen implantieren und auf diese Weise Materialeigenschaften unter extremen Bedingungen studieren.

Bei bemannten Raummissionen, insbesondere den geplanten Langzeitflügen zum Mars, sind die Astronauten hohen Strahlenbelastungen ausgesetzt. Bisher weiß man nur wenig über den strahlenbiologischen Effekt der hochenergetischen Komponente der kosmischen Strahlung. Auch wenn die Teilchenflüsse bei diesen hohen Energien drastisch zurückgehen, so können doch Sekundärreaktionen in den Raumschiffwänden und daraus resultierende Teilchenschauer zu einem merklichen Beitrag zur Gesamtbelastung führen. Die neuen Anlage erlaubt es, diese Effekte eingehend zu untersuchen und das daraus entstehende Risiko für die Astronauten abschätzen.

Ebenso wie die Astronauten, so sind auch empfindliche technische Komponenten in Satelliten und Raumschiffen der kosmischen Strahlung ausgesetzt. Dies kann in elektronischen Chips zu Informationsverfälschungen oder dauerhaften Schäden führen und im Extremfall die gesamte Mission gefährden. Beschleunigeranlagen ermöglichen es, den Einfluss der kosmischen Strahlung zu untersuchen.

Speziell bei FAIR geht es darum, nicht nur einzelne Komponenten, sondern ganze Systeme bis hin zu Satelliten oder Raumschiffkomponenten in dem gesamten relevanten Energiebereich der kosmischen Strahlung zu überprüfen.

Vorstudien zur Erzeugung von Fusionsplasmen über Trägheitseinschluss

Die hochintensiven Ionenpulse aus der geplanten Anlage ermöglichen es den Wissenschaftlern, heiße dichte Plasmen zu erzeugen. Neben der Grundlagenforschung gibt es dabei auch ein langfristiges Anwendungsinteresse. Denn diese Forschung kann unter Umständen neue Wege aufzeigen, die Fusion von Wasserstoff zu Helium im Labor zu realisieren und in fernerer Zukunft für die Energieversorgung zu nutzen. Das FAIR-Projekt eröffnet zusammen mit dem gegenwärtig bei GSI installierten Hochenergie/Hochleistungslaser PHELIX ideale Experimentierbedingungen für die Erforschung der physikalischen Grundlagen der Trägheitsfusion.