FRIB: Leistungsfähigster Ionenbeschleuniger geht in Betrieb

Der Beschleuniger FRIB soll Ionen mit halber Lichtgeschwindigkeit auf ein Ziel schießen. Forscher hoffen, so bisher unbekannte Isotope zu erzeugen.

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Komponenten des Linearbeschleunigers FRIB: Prozesse wie im Innern von Sternen
Komponenten des Linearbeschleunigers FRIB: Prozesse wie im Innern von Sternen (Bild: FRIB/MSU)

Wie geht es im Inneren von Sternen oder von einer Supernova zu? Das ist eine der Frage, denen Wissenschaftler mit einem neuen Teilchenbeschleuniger in den USA nachgehen wollen, der gerade an der Michigan State University (MSU) in East Lansing in Betrieb genommen worden ist.

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Der Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) ist ein 500 Meter langer Linearbeschleuniger, der schwere Atome auf halbe Lichtgeschwindigkeit bringen soll. Damit ist FRIB derzeit der leistungsfähigste Ionenstrahl der Welt.

Die Atome, meist Uran, werden erst ionisiert, beschleunigt und treffen dann auf eine Graphitscheibe. Dabei sollen neue exotische Isotope oder sogar Elemente entstehen. Die meisten Urankerne durchdringen den Graphit. Ein Teil jedoch stößt mit Kohlenstoffkernen zusammen, wodurch die Urankerne in kleinere Kombinationen von Protonen und Neutronen zerlegt werden, von denen jeder ein Kern eines anderen Elements und Isotops ist.

Magnete sortieren die Teilchen

Dieser Strahl aus verschiedenen Kernen wird zu elektromagnetischen Separatoren geleitet, die einen Strahl erzeugen, der nur noch aus einem Isotop besteht. So können die Forscher gezielt nach unbekannten Isotopen und Elementen suchen.

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Nach Angaben der MSU soll der FRIB geschätzt rund 80 Prozent aller Isotope, die im Universum vorkommen, erzeugen können. Aktuell sind etwa 3.000 Isotope bekannt. Die bisher unbekannten kommen auf der Erde nicht vor, weil sie nur durch sehr energiereiche Prozesse im Weltall entstehen, etwa in einer Supernova oder bei einer Kollision von Neutronensternen. Solche Prozesse sollen im FRIB simuliert werden.

Die Anlage dient zwar in erster Linie der Grundlagenforschung. Doch hoffen die Wissenschaftler auf neue Erkenntnisse durch mögliche neue Isotope auf verschiedenen Gebieten. So könnten beispielsweise neue Materialien entwickelt werden, die in der Medizin, konkret in der Krebsforschung, zum Einsatz kommen.

FRIB ersetzt einen früheren Beschleuniger, das National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL). Der Bau des neuen Beschleunigers war 2014 gestartet, er war Ende vergangenen Jahres fertig, fünf Monate vor Plan, wie der wissenschaftliche Leiter Bradley Sherrill der Fachzeitschrift Nature sagte. Die Kosten lagen bei rund 765 Millionen US-Dollar.

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