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Woraus besteht das Universum? Wie ist es entstanden und wodurch existieren wir?
Wissenschaftler haben auf diese Fragen keine klaren Antworten. Dies könnte sich schon bald
ändern. An einer der weltweit renommiertesten Kernforschungseinrichtungen - dem CERN
(Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) in Genf - entsteht zurzeit der größte
Teilchenbeschleuniger der Welt: Der LHC (Large Hadron Collider) ist eine Maschine, die den
"Urknall" simulieren kann. Forscher bezeichnen den Urknall als Beginn des Universums, bei
dem im Zusammenwirken von Elementarteilchen und Energie Materie entstand. Der LHC ist in
der Lage, ähnliche Bedingungen herzustellen, wie sie nur wenige Augenblicke nach dem Urknall
aufgetreten sein dürften und kann somit möglicherweise zur Klärung der noch ungelösten
Fragen beitragen. Mit diesem weltweit noch nie dagewesenen wissenschaftlichen Versuch
betreten die Forscher Neuland und erhoffen sich wichtige Erkenntnisse über den Anfang allen
Seins. ThyssenKrupp Nirosta lieferte für das zwei Milliarden Euro teure Projekt zwei spezielle
hoch legierte Edelstähle, die die äußerst hohen Anforderungen der in einer circa zehnjährigen
Bauphase entstandenen kreisförmigen Tunnel-Konstruktion erfüllen. In 100 Meter Tiefe und auf
einer Länge von 27 Kilometern bohrt sich diese durch das Jura-Gebirge. Dabei wird die Grenze
zwischen der Schweiz und Frankreich zweimal unterquert. Mit den vorbereitenden Maßnahmen
für die Tests ist begonnen worden. Die Inbetriebnahme des LHC ist für Mitte September geplant,
die offizielle Einweihung für Oktober.
"Niemals zuvor hat es ein Projekt dieses Ausmaßes gegeben", erklärt Professor Lucio Rossi,
Physiker und Gruppenleiter in der Beschleuniger-Technologie am CERN. "Wir können es kaum
erwarten, was dabei herauskommt." Und so funktioniert der spezielle Beschleuniger: Protonen -
Bausteine von Atomen - werden in zwei separaten kreisförmigen Vakuumröhren und in
entgegengesetzter Richtung bis auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, um in vier
Kreuzungspunkten, an denen sich mehrere riesige Messgeräte (Detektoren) befinden, immer
wieder zu kollidieren. Elektrische Hochfrequenz-Felder sorgen dafür, dass die Teilchen auf ihrer
Reise durch die verschiedenen Teile der Maschine bis zum letzten Abschnitt des Komplexes,
dem LHC, immer mehr Energie aufnehmen.
Die sogenannten Quadrupol-Magnete, die aus vier magnetischen Polen bestehen, wirken als
magnetische Linsen und bündeln den Teilchenstrom abwechselnd in horizontaler und vertikaler
Richtung. Somit halten sie ihn auf einer vorbestimmten "Flugbahn". "Durch die spezielle
Anordnung verschiedenster Magnete werden die Schwingungen der Teilchen rund um diese
Bahn begrenzt", erklärt Dr. Theodor Tortschanoff, Physiker am CERN und dort zuständig für den
Bau der Magnete. "Sie können also nicht auf die Wand der Vakuumkammer treffen, was ihren
Verlust für das Experiment bedeuten würde." ThyssenKrupp Nirosta lieferte für die rund 500
Quadrupol-Magnete des LHC 860 Tonnen Vormaterial aus dem nicht magnetisierbaren
Werkstoff Nirosta 4375, einem manganhaltigen Voll-Austenit (X2 Cr Mn Ni N 20-9-7), aus dem
später die Teile der Vorspannringe gefertigt wurden. Dr. Alfred Otto, Vorstand für Strategische
Produktentwicklung bei der ThyssenKrupp Nirosta: "Der Werkstoff hat ganz besondere
physikalische Eigenschaften, die auch noch nahe dem absoluten Nullpunkt - also bei minus 271
Grad Celsius - gegeben sind." Die extrem niedrige magnetische Leitfähigkeit und die hohe
Festigkeit des Materials sorgen dafür, dass es nicht selbst magnetisiert wird und den starken
Kräften in der Magnetspule standhält. Dr. Detlef Krischel ist Bereichsleiter bei ACCEL
Instruments GmbH in Bergisch Gladbach und verantwortlich für die Magnetprojekte: "Die hohe
Qualität dieses speziellen Materials war ein wesentlicher Baustein für die reibungsfreie
Serienfertigung der Magnete. Sie ermöglicht erst die hervorragenden mechanischen und
magnetischen Eigenschaften."
Ohne einen weiteren wichtigen Werkstoff von ThyssenKrupp Nirosta würden die Partikel im LHC
jedoch gar nicht erst zirkulieren können. Die Magnete mit ihren supraleitenden - d. h.
widerstandslosen - Spulen können die Teilchen nämlich nur dann auf ihrer Bahn halten, wenn
sie auf minus 271 Grad Celsius heruntergekühlt wurden. Dies geschieht mithilfe eines
Ringleitungssystems, das parallel zu den Magneten verläuft. Hierüber werden die Magnete mit
flüssigem Helium zur Kühlung versorgt. Erst durch die niedrige Temperatur werden die
Magnetspulen supraleitend und ermöglichen so ohne Energieverlust die Beschleunigung
der Teilchen bis auf Lichtgeschwindigkeit. Für die Ringleitung benötigt man einen Edelstahl
wie den Nirosta 4307, einen Chrom-Nickel-Stahl (X2 Cr Ni 18-9), der auch bei tiefsten
Temperaturen noch hinreichend zäh und damit risssicher ist. 450 Tonnen Vormaterial dieses
Werkstoffes lieferte ThyssenKrupp Nirosta an die Firma Butting, einen Edelstahl-Verarbeiter,
der daraus circa 120 Kilometer Rohre mit vier unterschiedlichen Abmessungen fertigte.
Jörg Pollmann, Mitarbeiter im Vertrieb bei Butting: "Dieses wissenschaftliche Projekt war
eine besondere Herausforderung für uns, der wir uns gerne gestellt haben. Für Rohre dieser
,Premium'-Klasse war das Material von ThyssenKrupp Nirosta aufgrund seiner Eigenschaften
die perfekte Wahl."
Die Protonen haben ihre höchste Energie erreicht: Die beiden Teilchenströme kreuzen sich in
den vier LHC-Detektoren und kollidieren. Dabei werden bisher unerreichte Teilchenenergien
freigesetzt, die durch Auftreffen auf ein starres Ziel nicht möglich wären. An den vier
Kollisionspunkten registrieren die riesigen Messgeräte die während der Kollision entstandenen
neuen Teilchen und deren Eigenschaften. Diese werden dann gefiltert und analysiert. Insgesamt
etwa zehn Stunden lang zirkulieren die Teilchenstrahlen mit abklingender Intensität in der
Maschine, bevor abermals neue Strahlen eingeschossen und beschleunigt werden. "Wir wissen
nicht, ob wir mit diesen Experimenten existierende Theorien bestätigen können", sagt Professor
Rossi. "Sollte dabei fernab unserer Erwartungen etwas herauskommen, ist aber auch das eine
weiterführende Erkenntnis." Die Wissenschaftler der 20 Mitgliedsstaaten des CERN erhoffen sich
von der einmaligen Maschine und den Experimenten tiefere Einblicke in die elementarsten
Bausteine unserer Welt und die Entstehung des Universums.
ThyssenKrupp Stainless AG
Erik Walner
Leiter Unternehmenskommunikation
Tel.: +49 203 52 - 45130
Fax: +49 203 52 - 45132
E-Mail: erik.walner@thyssenkrupp.com
http://www.thyssenkrupp-stainless.de
In 100 Meter Tiefe und auf einer Länge von 27 Kilometern bohrt sich die Tunnelkonstruktion durch das ...
Foto: Cern
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Criteria of this press release:
Materials sciences, Physics / astronomy
transregional, national
Research projects
German
In 100 Meter Tiefe und auf einer Länge von 27 Kilometern bohrt sich die Tunnelkonstruktion durch das ...
Foto: Cern
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