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Supraleitende Hochfeldmagnete aus der modernen Medizin und Biologie nicht mehr wegzudenken
Mit der Verleihung der diesjährigen Physiknobelpreise an Vitali Ginzburg und Alexei Abrikosov werden zwei Forscher geehrt, deren Ergebnisse die theoretischen Grundlagen für die technische Anwendung der Supraleitung gelegt haben. Seit Jahrzehnten bildet die Supraleitung einen Forschungsschwerpunkt am Institut für Technische Physik des Forschungszentrums Karlsruhe. So werden im dortigen Hochfeld-Magnet-Labor supraleitende Magnete aus unterschiedlichen Materialien mit hoher Feldstärke entwickelt und betrieben. Im Rahmen von Kooperationen mit der Firma Bruker BioSpin GmbH, die ihren Hauptsitz ebenfalls in Karlsruhe hat, ist das Forschungszentrum zudem schon seit 1985 sehr erfolgreich an der Entwicklung hochauflösender Magnetresonanzspektrometer beteiligt.
Die Physiknobelpreisträger Vitali Ginzburg und Alexei Abrikosov untersuchten theoretisch das Verhalten von Supraleitern. Dies sind Werkstoffe, die bei tiefen Temperaturen elektrischen Strom ohne Widerstand, d. h. verlustlos, leiten. Ihre Ergebnisse zum Verhalten dieser Materialien in magnetischen Feldern führten zu der Entwicklung technischer Supraleiter. Benutzt werden solche Leiter zum Bau von Magneten, die hohe Magnetfelder mit vergleichsweise sehr geringem Energieaufwand erzeugen können und in deren Wicklungen der Strom praktisch unendlich lang konstant weiterfließen kann, wenn sie in sich kurz geschlossen werden.
Das Hochfeld-Magnet-Labor des Instituts für Technische Physik ist führend bei der Entwicklung von supraleitenden Magnetspulen, die eine Feldstärke von über 20 Tesla erreichen, was etwa dem 40000fachen des Erdmagnetfeldes entspricht. Eingesetzt werden solche Magnetsysteme z. B. in der Magnetresonanzspektroskopie, mit der sich die Struktur von komplexen biologischen Makromolekülen mit der notwendigen hohen Auflösung untersuchen lässt. So konnte zum Beispiel die Arbeitsgruppe von Kurt Wüthrich, einem der Chemienobelpreisträger des vergangenen Jahres, mit dieser Methode u. a. die Struktur des Prions klären, dessen krankhafte Form bei Rindern BSE verursacht.
Ein verwandtes Verfahren ist die Magnetresonanztomographie, auch als Kernspintomographie bekannt, mit der Bilder aus dem Inneren des Körpers gewonnen werden und für dessen Entwicklung Paul Lauterbur und Peter Mansfield in diesem Jahr den Nobelpreis für Medizin erhielten. Auch dabei kommen supraleitende Magnete zur Anwendung.
Im Hochfeld-Magnet-Labor des Forschungszentrums Karlsruhe werden Arbeiten von der Charakterisierung der technischen Supraleiter über den Entwurf und die Konstruktion der Magnetsysteme bis zur prototypischen Fertigung der Magnetspulen durchgeführt. So wird mit dem Magnetsystem HOMER II die nächste Generation supraleitender Magnete entwickelt, die Feldstärken bis zu 25 Tesla erreichen kann. Dabei werden zum ersten Mal auch Spulen aus keramischen Hochtemperatursupraleitern eingesetzt.
"Dass heute supraleitende Magnete mit Feldern größer als 20 Tesla in den Bereich des technisch Machbaren gerückt sind, wäre ohne die Arbeiten von Ginzburg und Abrikosov nicht möglich gewesen. Insbesondere legten sie die Grundlagen für die Entwicklung von Leitern, welche die in der Magnetresonanztechnologie benötigte hohe zeitliche Stabilität aufweisen," stellt Dr. Theo Schneider, Leiter des Hochfeld-Magnet-Labors und der Arbeitsgruppe "Supraleitende Höchstfeld- und NMR-Magnete" des Instituts für Technische Physik, fest.
Auch andere Bereiche des Instituts für Technische Physik befassen sich mit der technischen Anwendung der Supraleitung. Die Arbeitsgebiete reichen dabei von der Entwicklung von Betriebsmitteln der elektrischen Energietechnik über die Entwicklung von Hochtemperatursupraleitern für diese Anwendungen bis zum Test von großen supraleitenden Magneten für die Kernfusion.
Das Forschungszentrum Karlsruhe ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, die mit ihren 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,1 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands ist. Die insgesamt 24 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Helmholtz-Gemeinschaft forschen in den Bereichen Struktur der Materie, Erde und Umwelt, Verkehr und Weltraum, Gesundheit, Energie sowie Schlüsseltechnologien.
Sabine Fodi 6. Dezember 2003
In der Testeinrichtung HOMER II werden im Forschungszentrum Karlsruhe Experimente an technischen Sup ...
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Criteria of this press release:
Biology, Chemistry, Electrical engineering, Energy, Materials sciences, Mathematics, Mechanical engineering, Physics / astronomy
transregional, national
Research projects, Research results
German
In der Testeinrichtung HOMER II werden im Forschungszentrum Karlsruhe Experimente an technischen Sup ...
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