Einblicke in die Zeitverwertung von Forschungsgeräten

Einst kosteten sie Millionen, wiegen etliche Tonnen, stellten Weltrekorde auf und arbeiten mit ungeahnter Präzision - und trotzdem haben Großgeräte, die im Dienst der Wissenschaft gebaut wurden, irgendwann ausgedient. Immer öfter aber blüht ihnen jetzt ein neues Leben: Forscher bauen sie kurzerhand um und nutzen sie für Zwecke, die zur Entstehungszeit der Geräte noch lange nicht absehbar waren. Deshalb reisen tonnenschwere Geräte auch schon mal um die Welt. In unserer Serie zeigen wir Beispiele für das neue Leben von alten Forschungsgeräten.


Käfighaltung in der Nordsee

Der unscheinbaren Art ostrea edulis steht ein Comeback in der Nordsee bevor - 80 Jahre, nachdem sie aus der Deutschen Bucht eigentlich verschwunden ist. Die Europäische Auster aber gilt als Schlüsselart mit besonderer ökologischer Funktion: Ihre Riffe zeichnen sich als Hotspots der biologischen Vielfalt aus. Deshalb soll sie nun wieder in der Nordsee heimisch werden. "Geplant ist, zunächst die Austernsaat verschiedener Größenklassen auszubringen", erläutert Bernadette Pogoda, die für das Projekt verantwortliche Wissenschaftlerin des Alfred-Wegener-Instituts (AWI). "Um ein Verdriften oder Versanden der Austern zu vermeiden, setzen wir sie in spezielle Käfige." Dafür werden Stahlgestelle mit Seitenlängen von etwa einem bis anderthalb Metern genutzt. Die Käfige dienen nicht zum ersten Mal der Wissenschaft: Früher wurden Sensoren und Akkus an ihnen befestigt, um unter Wasser Daten zu sammeln. "Hier ein Rohr entfernt, dort eins angefügt", so Pogoda, "und schon waren die Gestelle fit für ihre neue Mission.


Teilchenbeschleuniger zur Tumortherapie

Manche Forschungsgeräte beginnen ein neues Leben, indem sie mit anderen verbunden werden. So werden Protonenbeschleuniger aus dem ehemaligen Ionenstrahllabor am HZB in Berlin nun für die Therapie spezieller Augentumore genutzt. Ein Team der Charité Universitätsmedizin Berlin und des HZB hat diesen Weg beschritten, um Augentumore zu behandeln.

Dabei wird der Tumor mit schnellen Wasserstoffkernen (Protonen) bestrahlt, die zuvor auf präzise einstellbare Energien beschleunigt werden. Diese Protonen durchdringen das gesunde Gewebe und setzen ihre Energie erst im Tumor selbst frei. In mehr als 97 Prozent der Fälle lässt sich der Tumor vollständig zerstören, in vielen Fällen bleibt die Sehkraft zumindest teilweise erhalten.

Während die Charité Universitätsmedizin Berlin die medizinische Expertise einbringt, stellt das HZB am Lise-Meitner-Campus in Wannsee die Protonen bereit. Die Forscher am HZB haben zwei eigene Teilchenbeschleuniger für die Protonentherapie kombiniert, einen Gleichspannungsbeschleuniger (Tandetron) sowie ein Zyklotron, in dem die Protonen auf knapp 40 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. "Unsere Beschleunigeranlage liefert präzise die Energie, die wir einstellen und die von den Medizinphysikern gewünscht wird. Diese Energieschärfe ermöglicht es, präzise zu steuern, wo Gewebe zerstört werden soll", erklärt Andrea Denker, Leiterin der Abteilung für Protonentherapie am HZB.

Ende Januar wurde bereits der 3000. Augentumor-Patient mit dieser speziellen Therapie behandelt.


BioREF. Ein Spatz in Australien

Einen weiten Weg legte das Neutroneninstrument BioREF zurück: In drei Container verpackt, fuhr es per Schiff die 11.800 Seemeilen von Hamburg nach Port Botany in Australien. Das Gerät, das zuvor am HZB in Berlin seinen Dienst tat, wird am Australian Centre for Neutron Scattering wieder aufgebaut Die Forschung mit Neutronen ist eine Schlüsseltechnologie für viele Wissenschaftsbereiche und ermöglicht einzigartige Einblicke ins Innere der Materie - weil die Neutronen keine elektrische Ladung besitzen, dringen sie tief in Materie ein. In der australischen Forschungseinrichtung werden Instrumente traditionell nach Tieren der australischen Fauna benannt. Bei BioREF wollen die Wissenschaftler eine Ausnahme machen: Um an seine deutsche Herkunft zu erinnern, möchten sie das ehemalige HZB-Instrument auf den Namen Spatz taufen.


SESAME: Friedenstiftendes Signal im Nahen Osten

Wenn im Mai nahe der jordanischen Hauptstadt Amman eine Synchroton-Strahlungsquelle eingeweiht wird, ist dabei der Teilchenbeschleuniger BESSY I ein bedeutender Baustein. Die Anlage mit einem Umfang von rund 60 Metern war von 1981 bis 1999 in Berlin im Einsatz. Nun dient BESSY I als Vorbeschleuniger für den neuen Speicherring am Forschungszentrum SESAME. Dank ihm können die Elektronen mit ausreichend hoher Energie in den Hauptring injiziert werden. Viele Umbauten waren dafür nicht nötig: Der Ring wurde zerlegt und nach Jordanien transportiert - die Vakuumkomponenten und Magnete feinsäuberlich in Container verpackt. Die wissenschaftliche Zusammenarbeit am Forschungszentrum SESAME gilt als wichtiges friedensstiftendes Signal im Nahen Osten: Dort arbeiten Forscher aus Ägypten, Iran, Israel, Jordanien, Pakistan, den Palästinensischen Autonomiegebieten sowie der Türkei und Zypern zusammen.

Interview mit Ex-CERN-Chef und neuer SESAME-Vorsitzender Rolf Heuer


Speicherring DORIS: Von Hamburg nach Thailand

Sehr ergiebig nutzen die Forscher vom Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) ihren Speicherring DORIS (Double Ring Store) nach dessen Ausmusterung. Seit 1974 ist er in Betrieb, konzipiert als Speicherring, in dem Elektronen mit ihren Antiteilchen kollidierten. Seine Form ähnelt einer Leichtathletik-Laufbahn: zwei Kurven verbunden durch zwei Geraden, Umfang 289 Meter. Später diente der Speicherring als intensive Röntgenquelle.

Für ein neues Experiment bauten die Forscher DORIS um, fast vier Jahrzehnte nach seinem Bau: Sie dockten einen neuen Detektor namens OLYMPUS an den alten Speicherring an, um so neue Messdaten zu gewinnen. Dazu arbeiteten sie eng mit Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) zusammen - die nämlich verfügten über den BLAST-Detektor, der bis 2005 an einem amerikanischen Teilchenbeschleuniger im Einsatz war. "2010 wurde der Detektor nach Hamburg verschifft und wieder aufgebaut - eine 50-Tonnen-Apparatur, 9,7 mal 6 Meter im Grundriss und 6 Meter hoch", sagt DESY-Projektleiter Uwe Schneekloth. Hamburger Experten bauten aus der Lieferung aus Amerika den Detektor OLYMPUS.

Die Aktion lohnte sich, weil in Hamburg die Bedingungen besser waren als in Amerika: Der Speicherring DORIS konnte sowohl mit Elektronen als auch mit Positronen betrieben werden, und das Umschalten zwischen beiden Teilchenarten war innerhalb von nur zehn Minuten möglich. "Nur wenige Umbauarbeiten waren nötig, dann passte OLYMPUS in den DORIS-Ring", bilanziert Schneekloth. Inzwischen hat DORIS endgültig ausgedient. Einige Komponenten des Speicherrings gingen per Schiff und LKW nach Bangkok: Fünf Röntgenspiegelkammern und weitere Teile wurden in der Synchrotron-Strahlungsquelle des thailändischen Synchrotron Light Research Institute (SLRI) eingebaut.

Trotz des aufwendigen Transports lohnt sich diese Reise: "Die Spiegel wurden bei DESY Anfang der 1990er Jahre gebaut und sind für die Thailänder zur wissenschaftlichen Nutzung von hohem Wert. Zum einen aufgrund des zuverlässigen Designs, aber auch wegen der feinmechanischen Präzision, mit der sie verarbeitet sind", sagt Frank Lehner, der bei DESY die Zusammenarbeit mit Thailand mitkoordiniert.

21.04.2017, Lars Klaaßen

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    • Annette Doerfel
    • Pressereferentin/ Wissenschaftsredakteurin
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