Hochschule Werkstatt für Strahlenkanonen

Sie wären die perfekte Ausstattung für die Superschurkenzentrale im nächsten James-Bond-Film - all die glänzenden Röhren und Resonatoren, auf Gerüsten hintereinander montiert und mit Meßinstrumenten verkabelt. Daneben Doktor No, der mit teuflischem Kichern die ultimative Strahlenkanone präsentiert und der Menschheit mit Vernichtung droht. Doktor No heißt in Wirklichkeit Ulrich Ratzinger. Er kichert tatsächlich gerne, wenn er Besuchern etwas erzählt, aber seine Pläne sind garantiert friedlicher Natur.

Als Direktor des Instituts für Angewandte Physik ist Ratzinger zuständig für das Stern-Gerlach-Zentrum der Frankfurter Universität. Die Strahlenkanonen, die hier entwickelt und betrieben werden, schießen im Dienst der Wissenschaft: Es sind Ionenbeschleuniger, mit denen die Forscher fundamentale Probleme der Physik untersuchen. Doch auch für medizinische und industrielle Zwecke lassen sich die Teilchenschleudern einsetzen.

Arbeit an supraleitenden Beschleunigerstrukturen

Ihren Platz haben sie in der 1100 Quadratmeter großen Experimentierhalle des Physikneubaus auf dem Riedberg-Campus. Rund 15 Millionen Euro sind die Apparaturen wert, die fünf Institute des Fachbereichs nach dem Umzug dort aufgebaut haben. Drittmittel und gesonderte Landeszuschüsse erlauben es den Physikern, einen Gerätepark zu betreiben, den sich die Universität alleine nicht leisten könnte. Dank der guten Ausstattung können Ratzinger und seine Kollegen mit renommierten Einrichtungen wie der Darmstädter Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) und dem Europäischen Kernforschungszentrum in Genf zusammenarbeiten - dem hohen Anspruch genügend, der sich aus dem Namen der Einrichtung ergibt: Otto Stern und Walther Gerlach haben 1922 an der Frankfurter Universität ein Experiment durchgeführt, das für die moderne Quantenphysik von entscheidender Bedeutung war.

Unter dem Dach des Zentrums haben viele Projekte Platz, zum Beispiel das von Holger Podlech. Der Habilitand arbeitet an sogenannten supraleitenden Beschleunigerstrukturen. Eine davon hängt in seinem Labor über einer in den Boden eingelassenen „Thermoskanne“, einem Kryostaten. Darin wird das Beschleunigerelement mit flüssigem Helium auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, minus 273 Grad Celsius, abgekühlt. Unter diesen Bedingungen verliert das Metall Niob, aus dem das Bauteil besteht, fast vollständig seinen elektrischen Widerstand, wie Podlech erklärt: „Dann kann ich mit 20 Watt eine Beschleunigungsspannung von 3,5 Millionen Volt erzeugen.“ Das Verfahren sei nicht nur energiesparend, es erlaube überdies den Bau deutlich kürzerer Beschleuniger. Supraleitende Teilchenkanonen könnten zum Beispiel in der Kernfusionsforschung zum Einsatz kommen, aber auch bei Experimenten zur Vernichtung von Atommüll mit Hilfe von Neutronenstrahlen.

Nicht radioaktiven Abfall, sondern Tumorzellen soll ein Beschleuniger ins Visier nehmen, der zur Zeit am Heidelberger Krebsforschungszentrum aufgebaut wird. Daß sich Hirntumore mit Schwerionenstrahlung auf erstaunlich schonende Weise bekämpfen lassen, hat ein Pilotprojekt der GSI bewiesen. In zwei Jahren sollen auch in Heidelberg Patienten mit dem „größten Skalpell der Welt“ behandelt werden, wie Alexander Bechtold erläutert. Er und seine Kollegen der Arbeitsgruppen von Alwin Schempp und Ulrich Ratzinger werden mit Spannung auf die Resultate warten: Teile des Heidelberger Beschleunigers wurden im Stern-Gerlach-Zentrum entwickelt.

Große Erwartungen auf „Franz“

Eine andere Art von Strahlenkanonen betreiben die Forscher um den Kernphysiker Reinhard Dörner: In ihrem Labor beschießen sie chemische Verbindungen mit extrem kurzen Laserpulsen. Die Moleküle verändern dabei ihre Struktur - sie verhalten sich wie Schalter, die auf Licht reagieren. Auch diese Experimente sind mehr als zweckfreie Grundlagenforschung: Die damit gewonnenen Erkenntnisse könnten es ermöglichen, chemische Reaktionen mit Hilfe von Laserstrahlen zu steuern.

Unterdessen setzen Ulrich Ratzinger und sein Team große Erwartungen in „Franz“. Der „Frankfurter Neutronengenerator am Stern-Gerlach-Zentrum“ ist dort zur Zeit das „Leuchtturmprojekt“, wie der Professor es ausdrückt. Ein Teil von „Franz“ steht schon in der Experimentierhalle und wird gerade erprobt: das Hochspannungs-Terminal, das mit 150.000 Volt aus Wasserstoffgas Protonen erzeugt. Die positiv geladenen Teilchen sollen in mehreren Stufen beschleunigt und dann auf ein Ziel aus Lithium-Metall geschossen werden. Dabei entstehen ultrakurze Neutronenpulse mit einer Energie zwischen 1000 und 500.000 Elektronenvolt. „Franz“ wäre damit nach Ratzingers Worten „die weltweit intensivste Neutronenquelle in diesem Energiebereich“.

Bis 2009 soll die ganze Anlage fertig sein. Dann wollen die Physiker mit ihrer Hilfe gewissermaßen das kosmische Feuer auf die Erde holen: Ihr Ziel ist es, die Entstehung von Elementen nachzuvollziehen, wie sie sich in einem bestimmten Sterntyp, dem „Roten Riesen“, vermutlich abspielt. Dort, so die Theorie, werden Neutronen in die Kerne leichterer Atome gepreßt, wodurch sich über Zwischenschritte chemische Elemente mit größerer Masse wie zum Beispiel Blei bilden. Neben den großen Welträtseln könnte „Franz“ aber auch vergleichsweise profane Aufgaben zu lösen haben: Neutronenquellen ließen sich unter anderem zur Materialprüfung einsetzen, erläutert Ratzinger. „Damit kann man durch Stahlwände schauen.“ Auch eine ganz schöne Idee für den nächsten Bond-Streifen.