Autor: Marcin Marczak Prowadzący: prof. dr hab. Jan Pluta Fizyka Zderzeń Ciężkich Jonów, 17.03.2004 GSI.

Prezentacja na temat: "Autor: Marcin Marczak Prowadzący: prof. dr hab. Jan Pluta Fizyka Zderzeń Ciężkich Jonów, 17.03.2004 GSI."— Zapis prezentacji:

1 Autor: Marcin Marczak Prowadzący: prof. dr hab. Jan Pluta Fizyka Zderzeń Ciężkich Jonów, 17.03.2004 GSI

2 Gesellschaft für SchwerIonenforschung (GSI) mbH, Darmstadt, in der Helmholz-Gemeinschaft mbH = mit beschränkter Haftung (z ograniczoną odpowiedzialnością) Instytut Badań Ciężkich Jonów w Darmstadt, należący do wspólnoty Helmholz

3 Gdzie to jest? 900 km Darmstadt Warszawa

4 Z lotu ptaka 25 km na południe od Frankfurtu, na północnych przedmieściach Darmstadt, położony jest ośrodek badań ciężkich jonów (GSI) założony przez Federalny Rząd Niemiec i władze landu Hessen.

5 Brama wjazdowa Zbliżając się do instytutu.

6 Plan Instytutu UNILAC SIS EPR Najważniejsze miejsca w instytucie.

7 „Ogólnym celem badań jest zrozumienie naszego świata pod względem jego budowy i zachodzących w nim zjawisk. Wiedza na ten temat umożliwia postęp technologiczny w każdej dziedzinie życia i prowadzi do wielu nowych odkryć. GSI posiada unikalny na skalę światową akcelerator wiązek jonów. Łączy on w sobie szeroką gamę możliwych do przeprowadzenia badań poczynając od fizyki jądrowej, fizyki plazmy i badań materiałowych kończąc na metodach leczenia raka. Najbardziej znanym efektem badań jest odkrycie 6 nowych pierwiastków o liczbach atomowych od 107 do 112 oraz rozwinięcie nowej metody leczenia raka z wykorzystaniem wiązki jonów.” GSI w skrócie

8 Trochę faktów Powstanie1969 WspółpracownicyRepublika Federalna Niemiec, land Hessen Zadanie Budowa i obsługa akceleratora i badania ciężkich przyśpieszonych jonów. Budżet70 mln Euro rocznie Personel850 pracowników, w tym 250 naukowców i inżynierów Główne wyposażenie Akcelerator liniowy UNILAC (energie od 2-20 MeV na nukleon) Synchrotron ciężkich jonów SIS ( energie 1-2 GeV/u ) Pierścień przechowywujący ESR (energie 0,5-1 GeV/u ) Separator FRS Kilka dużych układów spektrometrów i detektorów Medyczne stanowisko do naświetlań przy leczenia raka Współpraca naukowa Użytkownicy urządzeń w GSI są głównie nie parującymi na stałe naukowcami, głównie z niemieckich uniwersytetów (ponad 1000 naukowców rocznie). Współpraca na cały świat z dokładnie 150 instytucjami w 30 krajach.

9 Trochę historii UNILAC (Universal Linear Accelerator) 1963–1970 Powstanie projektu w Heidelbergu (Christoph Schmelzer) 1970-1975Budowa w Darmstad 1.04.1976 Pierwsza wiązka uranowa (6,7 MeV/u) 1986 Dobudowanie przejściowego kanału dla SIS 1987 Implementacja trybu dzielenia czasu (time sharing mode) 1992 Pierwsze prace wysokoładunkowego wstrzykiwacza [HL1] SIS (Heavy Ion Synchrotron) 1985–1990Budowa 1996 Przystosowanie akceleratora do terapii ciężkimi jonami ESR (Experimental Storage Ring) 1985–1990Budowa 1990 Pierwsza praca chłodzenia elektronowego (electron- cooling) 1997 Pierwsza praca chłodzenia stochastycznego (stochastic cooling) Budowa urządzeń

10 Przekrój przez ośrodek Dane techniczne

11 UNILAC - film Aby obejrzeć film kliknij tutaj.

12 SIS - film Aby obejrzeć film kliknij tutaj.

13 Dane techniczne SIS Właściwości wiązki Energia cząstki 50 - 1000 MeV/u for U 50 - 2000 MeV/u for Ne Definicja energii Ca. 10 -3 Długość obiegu (cycle length) 1 do 10 s Wybicie (Extraction) szybkie: ca. 1 mikrosekundy wolne 10 – 8000 ms Emisja wiązki 3 – 30  mm mrad zależny od wypełnienia pierścienia i czasu wybicia Intensywność wiązki

14 Dane techniczne SIS Intensywność wiązki

15 Dane techniczne ESR Właściwości wiązki Energia cząstki 3 - 550 MeV/u for U 3 - 830 MeV/u for Ne Definicja energii Ca. 10 -4 z electron cooling Długość obiegu (cycle length) field ramp 1.5 s czas przechowywania: od minut do godzin Wybicie (Extraction) szybkie: ca. 0,5 mikrosekundy wolne: dla niektórych 10s Emisja wiązki 0,1  mm mrad z electron cooling Ilość cząstek na obieg Zwyczajowo 10 8 z chłodzeniem

16 fizyka jądra atomowego fizyka powłoki elektronowej biofizyka i medycyna nuklearna badanie i modyfikacja materiałów fizyka plazmy technologia akceleratorów, rozwój detektorów, elektronika, przetwarzanie danych Zakres badań

17 Badania z użyciem ciężkich jonów Badania W otaczającym nas świecie materia wydaje się być ciągła. Przy użyciu fizycznych metod uwidacznia się hierarchia struktur. Wiele ciał stałych ma ma strukturę krystaliczną lub polikrystaliczną. Jak przyjrzymy się bliżej zauważamy, że kryształy zbudowane są z atomów, potem że atomy mają powłokę elektronową i jądro atomowe. Jądro składa się z nukleonów, dodatnio naładowanych protonów i neutralnych neuronów. Od 1970 wiemy, że nukleony składają się z kwarków, które wraz z elektronami uznajemy jako podstawowe elementy materii. Program badawczy w GSI jest realizowany we wszystkich tych obszarach. Ich struktura jest następująca: duży część zasobów poświęcona jest fizyce jądrowej, fizyce atomu i fizyce plazmy; mają one znaczenie lokalne, jak i znaczący wpływ na nasze postrzeganie astrofizyki.

18 Badania Rozwój akceleratora doprowadził do powstania nowych technologii. Zaczynając od badań w ciałach stałych do powstania nowych materiałów o szczególnych własnościach. Badania w dziedzinie biofizyki, których efektem jest nowa metoda walki z rakiem. Sercem całego programu jest akcelerator UNILAC uruchomiony w 1975, który przyspiesza jony do 0,1c. Można przyspieszać jony poczynając na jonach wodoru, a kończąc na jonach uranu. W 1990 dodano SIS i ESR, które mogą rozpędzić jony do 0,9c. UNILAC

19 Nuclear Physics KP I Reakcje jądrowe i energie relatywistyczne (FOPI, KaoS HADES) KP II Struktura atomowa, astrofizyka i reakcje jądrowe (LAND) KP III Reakcje ciężkich jonów na SIS; (PANDA, ALADiN) Reakcje jądrowe aż do energii relatywistycznych Równanie stanu dla materii jądrowej Badanie gorącej, skondensowanej, mocno wzbudzonej hadronowej materii Egzotyczne, bardzo niestabilne jądra i super ciężkie pierwiastki Oddziaływania pomiędzy jądrem a powłoką Eksperymenty Powadzone badania http://www-aix.gsi.de/experiments/nuclear.html

20 W ścisłej współpracy z naukowcami z całego świata, grupy w oddziale fizyki atomowej (Atomic Physics Division – AP) wykorzystują wszystkie możliwości jaki daje im kompleks GSI. Kombinacja liniowego akceleratora UNILAC, akceleratora ciężkich jonów SIS, rozdzielacza wiązek FRS i pierścienia przechowującego EPR, umożliwia przyśpieszanie, przechowywanie i chłodzenie wiązek jonów każdego z pierwiastków, poczynając od wodoru, kończąc na uranie. Mogą być badane stabilne i niestabilne izotopy. Główna uwaga jest skupiona na bardzo mocno naładowanych jonach. Badane są właściwości i procesy zachodzący w powłoce atomu. Dla przykładu, przez eksperymenty z atomami wodoru – mającego tylko jeden elektron na powłoce – została udowodniona kwantowa elektrodynamika. Teraz bada się ją dla cięższych atomów. Atom Physics http://www-ap.gsi.de/

21 Atom Physics QED w silnych polach Zderzenia mocno zjonizowanych ciężkich jonów z relatywistycznymi elektronami Czas życia jąder Spektroskopia zderzeń w silnych polach centralnych Lasery i spektroskopia laserowa Przechowywanie jonów i chłodzenie Dynamika zderzeń Powadzone badania

22 Problematyka: Struktura jadrowa i astrofizyka jądrowa (Prof. Dr. Wolfgang Nörenberg) Fizyka hadronów i kwarków (Prof. Dr. Jochen Wambach) Theoretical Physics Realizowane projekty: Niskoenergetyczna fizyka jądrowa i jądrowa astrofizyka Podstawowe oddziaływania między hadronami Mezony i reznonase w skondensowanej materii Dynamika wysokoenergetycznych zderzeń jądrowych http://theory.gsi.de/the/home.html

23 Oddział fizyki plazmy w GSI bada właściwości gęstej zjonizowanej materii. Badane są: Spektroskopia X-Ray ciężkich jonów Zmiany temperatury wywołane przez wiązki ciężkich jonów i równanie stanu dla gorącej/gęstej materii Wygenerowane laserem źródła jonów Plasma Physics Strumień plazmy wygenerowany przez silną wiązkę laserową trafiającą na złotą folie http://www.gsi.de/forschung/pp/index_e.html

24 Cele badań: Podstawowe mechanizmy technologii wykrywania jonów przy wykorzystaniu inteligentnych membran oraz nanotechnologia. Przechodzący przez materiał pozostawia po sobie ślad, który zależy od: Składu i struktury badanego materiału Rozkładu energii wzdłuż ścieżki jonu (LET) Przestrzennego rozkładu energii Środowiska chemicznego (utlenianie) Badania:Tworzone są specjalne membrany i nadprzewodniki. Material Reseach Przechodzące przez materiał wiązki jonów mogą zmieniać jego właściwości, otwierając w ten sposób wiele nowych zastosowań. http://www-wnt.gsi.de/mr/index.asp

25 Biofizyka i terapia raka. Grupę biofizyków w interdyscyplinarnej współpracy tworzą radiobilodzy, fizycy, chemicy, biochemicy i technicy Podstawowe badani dotyczą zniszczonej struktury komórkowej, uszkodzonych chromosomów czy DNA powodujące choroby. Naświetla się je ciężkimi jonami pochodzącymi z UNILAC i SIS. Jednak większość badań dotyczy walki z rakiem. Radioterapia jest rozwijana we współpracy z FZ Rossendorf (Niemieckie centrum badań nad rakiem) i z Radiological University Hospital w Heidelbergu. Biophysics 67 pacjentów (2200 naswietlań) Brak efektów ubocznych Brak nawrotów przedpo http://www-aix.gsi.de/~bio/home.html

26 HADES = High Acceptance Di-Electron Spectrometer HADES Jest to detektor dla par leptonów w eksperymentach badających właściwości nośników mezonów w hadronowych i jądrowych reakcjach. Obecnie jest on obsługiwany przez 21 uniwersytetów i instytucji z 9 krajów Europy. Detektor HADES został tak zaprojektowany by zapewnić doskonała rozdzielczość masy (dm/m=1%) i dokładną możliwość badania mezonów i -. Mezony te powstają przy zderzeniach (przy energiach rzędu kilku GeV/u) jądro jądro (AA), proton jądro (pA) i pion jądro (A). Mierzone są m. in. ich masy efektywne oraz podstawowe własności elektromagnetyczne. http://www-hades.gsi.de/

27 HADES Komora dryfowa MDC Detektor zawiera układ czterech komór dryfowych. Dwa przed i dwa za nadprzewodzącym toroidalnym magnesem. Składa się on z 6 trapezoidalnych modułów. Każdy moduł pokrywa 60 ° kata azymutalnego. Rozmiary ich są w zakresie od 880x800 mm 2 do 2800x2300 mm 2. Moduł komory dryfowej składa się z sześciu powierzchni komórek dryftowych, gdzie każda jak kanapka, zrobiona z dwóch ramek katodowych i jednej anodowej, pomiędzy nimi. Rozmiar tej komórki jest od 5x5 mm 2 do14x10 mm 2 (rośnie od detektora I do IV). Całkowita liczba komórek dryfowych to 27.000. http://www-hades.gsi.de/

28 HADES - zdjecia

29 FOPI = 4 FOur PI FOPI Celem eksperymentu FOPI jest zebranie informacji o stanie materii jądrowej będącej pod dużymi ciśnienieniami i temperaturami. Taki stany jąder są uzyskiwane w centralnych zderzeniach jądro jądro zachodzących przy relatywistycznych energiach. Aby można było wyciągnąć wnioski z takiego bardzo gęstego stanu liczne fragmenty, na które jądro się rozpada, są badane. Centralnym urządzeniem jest detektor FOPI, w który wszystkie wyemitowane cząstki są mierzone w pełnym zakresie kątów (4). http://www-fopi.gsi.de/

30 FOPI Szczególnie od bardzo rzadko pojawiających się dziwnych cząstek lub częściowo z ujemnie naładowanych kaonów oczekuje się zebrać informacje o hadronowym medium i fundamentalnych symetriach QCD dla dużych gęstości. Jednakże, te ciekawe cząstki są produkowane z prawdopodobieństwem 10 -3 / zdarzenie, więc pojawia się problem z archiwizacją dużej ilości zdarzeń (>10 8 ). Powstałe naładowane cząstki w wyniku zderzenia nikiel nikiel (en. 1,93 GeV na nukleon) http://www-fopi.gsi.de/

31 LAND = The Large Area Neutron Detector LAND Cele: Multifononowe gigantyczne rezonanse (wytwarzane są stany dwufononowe) Jądra egzotyczne, jądra Halo (reakcje rozpadu, wtórnej niestabilnej wiązki bogatych w neutrony jąder jak He, Li, Be lub cięższych izotopów (A<50) Kolektywny przepływ materii jądrowej (przepływ neutralnej materii jądrowej w centralnym zderzeniu z ciężkimi jonami przy wysokich energiach (rzędu 1AGeV) są badanie przy pomocy LAND i FOPI Multifragmentacja (jest to energetyczne, semi-centralne zderzenie jonów, które umożliwia badanie „The Nuclear Liquid –Gas Phase Transition” http://www-land.gsi.de/a_new_land/

32 Przyszłość GSI GSI planuje budowę nowego nowego obiektu przeznaczonego do badań z wiązkami jonów i antyprotonów. Projektem tym, GSI chce zapewnić naukowcom w Europie i na świecie nowoczesny akcelerator i obiekt badawczy do badania materii na poziomie atomu, jądra atomu, protonów i neutronów jako budulców jądra (należących do hadronów) oraz kwarków gluonów. Sercem nowego obiektu jest nadprzewodzący dwupierścieniowy synchrotron o obwodzie około 1100m. Posiada system pierścieni do przechowywania wiązki i dla wydajnego jej chłodzenia przy wysokich energiach. Celem jest by wiązki mały jak największą intensywność i energię. Ponadto obiekt będzie oferował możliwość zapewnienia wysokiej jakości wiązek antyprotonów i jonów dla programów badawczych.

33 Przyszłość - film Aby obejrzeć film kliknij tutaj.

34 Struktura jądra atomowego Pierwiastki układu okresowego są budulcami otaczającego nas świata i podstawą istnienia życia. Pojawiają się pytania : „jak powstała tak różnorodność pierwiastków?”, „jakie reakcje zachodziły”. Szukanie odpowiedzi na te pytania to jeden z głównych tematów prac współczesnej fizyki jądrowej i astrofizyki oraz jeden z głównych celów badawczych nowego projektu. Fuzja do Fe Wiemy, że pierwiastki do żelaza powstają w reakcjach fuzji we wnętrzu gwiazd. Towarzyszy temu dużo energii. Fuzja kończy się na żelazie, gdyż nie dysponujemy w danym momencie, aż tak dużymi energiami. Pierwiastki cięższe od żelaza powstają w wyniku gigantycznych eksplozji tzw. Czerwonych gigantów. Zachodzi wówczas synteza jądrowa, która rozumiemy ogólnie. Jej dokładny przebieg pozostaje dla nas tajemnicą. W nowym obiekcie będzie można sztucznie stworzyć ciężkie jądra i badać procesy im towarzyszące. Pozwoli to lepiej zrozumieć wszechświat.

35 Struktura jądra atomowego Ścieżka stabilności Wykres pokazuje wszystkie jądra atomowe, które istnieją we wszechświecie – ponad 6000 – pogrupowane zależnie od ilości protonów i neutronów. Czarne kwadraciki to stabilne izotopy (ok. 300), żółte kwadracik- niestabilne izotopy (ok. 2500)o których coś wiemy oraz 3500 jeszcze nie odkrytych niestabilnych jąder. Drogi powstania ciężkich jąder: wyłapanie wolnego neutrony (s-process), wyłapanie szybkiego neutronu (r-process). Mogą też powstać bogate w protony jądra:wyłapanie szybkiego protonu(rp-process). Procesy rp i r zachodzą w obszarze daleki od stabilnych izotopów i będą mogły być dokładnie badane w nowym obiekcie. Ścieżka stabilności

36 Fizyka z antyprotonami Właściwości oddziaływań silnych Protony i neutrony (nukleony) są hadronami. Zbudowane są z kwarków i połączone silnymi oddziaływaniami których nośnikami są gluony.Siła oddziałuje pomiędzy dwoma kwarkami i wykazuje dziwne zachowanie. Jest bardzo małe gdy kwarki są blisko siebie i rośnie, wraz ze wzrostem odległości. W pewnym momencie przestaje rosnąć. Jeżeli spróbujemy odseparować parę kwark-antykwark, energia pola gluonu będzie rosła, aż nie powstanie nowa para kwark-antykwark. To całkowite uwięzienie kwarka zwane jest „confinement”. Jednym z wyzwań jest zrozumienie tego nie tylko jako zjawiska, ale by wynikało to z teorii. Oznacza to potrzebę zrozumienia zachowania się oddziaływania silnego na średnich i dużych odległościach. Eksperymentalnie planuje się zderzanie protonów z antyprotonami.W ten sposób powstaną nowe, krótko żyjące cząstki składające się z kwarka c i antykwarka c. Inna zagadką jest skąd bierze się masa hadronów.

37 Fizyka z antyprotonami Inny problem to poszukiwania nowych form materii, którą przewiduje teoria silnych oddziaływań. Należą do nich: „Glueballs” składające się z tylko z gluonów i „hybrydy” składające się z dwóch kwarków i gluona.

38 Fizyka materii jądrowej Z czego składa się materia jądrowa Więcej niż 99,9% masy atomu mieści się w jądrze. Konsekwencją tego jest to, że materia jądrowa, z której składa się jądro jest 10 4 gęściejsza niż normalna materia, np. woda. Kawałek wielkości kostki cukru ważyłby ok. 300 mln ton! Ja zachowuje się materia jądrowa gdy jest zgnieciona i rozgrzana? Czy można stworzyć nowy stan materii?. Aby odpowiedzieć na te pytania fizycy chcą zderzać ciężkie jądra z prędkością większą niż 0,95c. W takim zderzeniu jądro-jądro, mocno skompresowana i rozgrzana materia jest wytwarzana na bardzo krótką chwile, krótszą niż 10 -22 s. Po kompresji następuje faza gwałtownej eksplozji, której towarzysza setki nowych cząstek. Ślady tych nowych cząstek, które mogą zostać zmierzone przez olbrzymie detektory, zapewnią wgląd w dynamikę eksplozji supernowych i zachowania się gwiazd neutronowych.

39 Fizyka materii jądrowej Możliwe jest także, że powstanie forma materii, która może istnieć wewnątrz gwiazd neutronowych. Oczekuje się, że przy bardzo dużych gęstościach i temperaturach powstanie plazma składająca się z kwarków, gluonów i innych cząstek – tzw. Plazma kwarkowo-gluonowa. Fizycy podejrzewają, że w początku wszechświata, około 1 milisekundy po Wielkim Wybuchu, pojawiło się przejście w odwrotnym kierunku, tj. z plazmy kwarkowo-gluonowej w materię hadronową, np. w materię która nas dziś otacza, w której mamy protony i neurony. Rysunek pokazuje diagram faz materii hadronowej przewidzianej przez teorię. W bardzo wysokich temperaturach i gęstościach fizycy oczekują, że kwarki i łączące je gluony rozseparują się i powstanie plazma kwarkowo-gluonowa.

40 Fizyka plazmy Zwykle otaczająca nas materia występuje w trzech różnych stanach: stałym, ciekłym i gazowym. W ekstremalnych warunkach temperatury, ciśnienia i gęstości materia może znaleźć się w czwartym stanie: plazmy. Ten stan jest osiągany gdy przyłożymy tak dużą energię, że pojedyncze elektrony są wyrwane z powłoki elektronowej atomu. Powstają naładowane ujemnie elektrony i naładowane dodatnio jony. Ta plazma elektronowo-jonowa może istnieć w dużym zakresie temperatur i może przechodzić w różne stany. Wodór i jego różne postacie Aby stworzyć gorącą i gęstą plazmę,naukowcy w GSI bombardują stałe materiały bardzo intensywną wiązką ciężkich jonów lub wiązką laserową. Pierwszy raz na świecie, kombinacja tych dwóch wiązek została użyta do analizy powstałej plazmy. W nowym obiekcie będziemy można zyskać temperaturę i gęstość plazmy jak na wielkich planetach, np.Jowiszu. Ponadto badania te otwierają fascynującą możliwość badania podstaw wewnętrznej uwięzionej fuzji – którą wielu naukowców uważa za możliwe przyszłe źródło energii dla ludzkości.

41 Fizyka plazmy Wykres pokazuje różne możliwe stany występowania wodoru, w zależności od temperatury i ciśnienia: jako zimny gaz w wielkich wodorowych chmurach, jako cienka, gorąca plazma w koronie Słońca, ciekłych w środku gigantycznych planet, lub jako bardzo gęsta plazma fuzji we wnętrzu gwiazd.

42 Fizyka atomu Elektrodynamika kwantowa, silne pola elektromagnetyczne, oddziaływania jony-materia Badania z wiązkami jonów otworzyły całą gamę nowych możliwości dla wielu dziedzin poza hadronami i fizyką jądrową. Fizyka atomowa jest generalnie bardzo dobrze opisana prze elektrodynamikę kwantową (QED) – teorie oddziaływań elektromagnetycznych. QED uważa się za jedną z najlepiej potwierdzonych teorii w fizyce, przy założeniu słabych i średnich pół. W obszarze silnych pól QED nie jest dobrze sprawdzona. W wodoro-podobnych jonach pole elektryczne rośnie wraz ze wzrostem ładunku jądra. Eksperymenty z mocno naładowanymi jonami pozwalają na bardzo dokładne pomiary elektrodynamiki kwantowej w silnych polach magnetycznych.

43 Zastosowania Z podstawowych badań do zastosowań: Zastosowanie badań wiązki ciężkich jonów Najbardziej spektakularne to rozwój nowej terapii do walki z nowotworami, wykorzystującej precyzję wiązki jonów, która jest obecnie testowana, z obiecującymi wynikami. Zastosowania dla załogowych misji kosmicznych W przestrzeni kosmicznej astronauci są wystawieni na działanie dużego promieniowania, co jest na pewno brane pod uwagę przy planowanych obecnie misjach na Marsa. Mało wiemy o radiobiologicznym wpływie wysokoenergetycznych składników promieniowania kosmicznego. W nowym obiekcie będzie można wytworzyć wiązkę o takich właściwościach i umożliwi to testowanie materiałów na ziemi.

44 Zastosowania Testowanie wyposażenia satelitów lub komponentów statków kosmicznych Podczas swoich misji satelity są wystawione na działanie promieniowania kosmicznego, szczególnie wysokoenergetycznych protonów, jąder helu i innych ciężkich jonów (do żelaza włącznie). Może to powodować błędy przesyłu informacji, całkowite uszkodzenie elektronicznych chipów lub nawet nieudanie się misji. Nowy akcelerator pozwoli symulować warunki w przestrzeni kosmicznej. Pozwoli on ponadto testować nie tylko pojedyncze chipy ale całe układy, części. Badania nad powstawaniem podczas fuzji, plazmy z wewnętrznego uwięzienia Wysokoenergetyczne impulsy nowego akceleratora pozwolą naukowcom stworzyć, gorącą, gęstą plazmę. Może się to okazać nowym źródłem energii.

45 Planowany obiekt jest obiektem nowej generacji. Stworzony zostanie na doświadczeniach i technologicznych osiągnięciach już zdobytych w obecnym obiekcie GSI oraz będzie zawierał nowe pomysły. Serce będzie stanowić dwupierścieniowy synchrotron o obwodzie pięć razy większym niż obecny SIS. Do obiektu zostanie dołączony system przechowywania i chłodzenia wiązki, dla zwiększenia jej wydajności. Obecne akceleratory GSI będą służyły jako wstrzykiwacze dla nowego akceleratora. Dwupierścieniowy synchrotron zapewni wiązkę o niespotykanej intensywności oraz większej energii. Umożliwi to zwiększenie intensywności wtórnych wiązek, co spowoduje, że będzie można wytwarzać niestabilne jądra i antyprotony. System chłodzeni i przechowywania wiązki dodatkowo zwiększy jej wydajność. Dzięki zastosowaniu dwupierścieniowego synchrotronu, będzie możliwe przeprowadzenie do 4 programów naukowych równocześnie. Własności akceleratora

46 Energia wiązki w nowym akceleratorze będzie 15 razy większa niż w obecnym synchrotronie SIS. Ca. 15GeV/u Własności akceleratora

47 Zwiększona intensywność wiązki Im większa jest intensywność wiązki. Tym większe jest prawdopodobieństwo, że rzadkie reakcje lub ich produkty będą mogły być zaobserwowane. Otwiera to nowe możliwości naukowcom. Badacze będą mieli dostęp do wielu nowych jąder, wcześniej niedostępnych w laboratoriach, np. Jądro, które odgrywa ważną rolę w wybuchowej syntezie jądrowej będzie można badać – synteza ciężkich pierwiastków w wybuchu supernowej. Bardzo dobra jakość wiązki Wiązki jonów i antyprotonów o skrajnej ostrości energii, są niezbędne w dokładności eksperymentów, do stwierdzenia masy krótko żyjących, niestabilnych jąder. Do tego należy zaimplementować system chłodzenia wiązki, podobny do już istniejącego. Technologiczne innowacje

48 Większe energie wiązki Nowy synchrotron umożliwi uzyskanie znacznie większych energii, niż w dotychczasowym akceleratorze. Dzięki temu mocno skompresowana materia jądrowa może być wytwarzana w kolizjach jądro-jądro. W ten sposób naukowcy będą mogli badać materię z początków wszechświata. Takie ekstremalne formy mogą tez istnieć w środku gwiazdy neutronowej. Będzie możliwe dzięki temu tę wytwarzanie wiązki antyprotonów. Większa moc wiązki Aby wytworzyć gorącą, gęstą plazmę w objętości materii, konieczne jest wygenerowanie krótkich, ale bardzo silnych impulsów o mocy milionów watów. Technologiczne innowacje Równoległe działanie Zaletą dwóch pierścieni jest to że równolegle będzie można przeprowadzić 4 eksperymenty, dotyczące różnych jonów. Zapewni to odpowiednie wykorzystanie akceleratora i pierścieni przechowujących.

49 Realizacja projektu Nowy akcelerator powstanie po wschodniej stronie istniejącego kompleksu. Fakt, że projekt będzie wykorzystywał obecnie używany akcelerator jako wstrzykiwacza jonów, miał znaczący wpływ na wybranie miejsca budowy. Plan architektoniczny uwzględnia konieczność ochrony przed promieniowaniem i zoptymalizował koszty budynków i technicznych obiektów. Powstał następująca koncepcja: Duży podwójny pierścień o średnicy 1100 metrów, będzie położony w tunelu na głębokości 25 metrów. Podziemna lokalizacja wpłynęła na obniżenie kosztów ekranowania promieniowania. Wszystkie pozostałe budynki będą położone na południe od tunelu pierścienia. Powierzchni zajmowana przez budynki wyniesie dokładnie 14 hektarów. Las zostanie przeniesiony w inne miejsce.

50 Na budowę nowego kompleksu przewiduje się dokładnie 8 lat. Odbędzie się ona w etapach: Czas i Koszty Przewidywane koszty projektu: Budynki i infrastruktura:225 mln EUR Akcelerator:265 mln EUR Stacje badawcze i detektory:185 mln EUR Suma:675 mln EUR Koszty pokrywa w 75% rząd niemiecki, a pozostałe 25% europejscy i międzynarodowi partnerzy.

51 Leczenie raka wiązką jonów Nowa terapia raka wykorzystująca wiązkę jonów do leczenia pacjentów chorych na raka została wprowadzona w życie w 1997 roku. Powstał ona we współpracy German Cancer Research Centre (DKFZ), Forschungszentrum Rossendorf i Forschungszentrum Rossendorf. Wiązki szybkich jonów, np. Węgla, reprezentuje najbardziej zaawansowane narzędzie do radioterapii głęboko osadzonego raka. Łączą w sobie możliwość ustawienia dawki i głębokości działania z wzrastającą wydajnością. Specjalnie zaprojektowane urządzenie w GSI umożliwia leczenia z minimalnym uszkadzaniem zdrowej tkanki. Można stosować do leczenia raka umiejscowionego pod czaszką i w okolicach rdzenia kręgowego. Nie można stosować do do szybko rozrastającego się guza, i przy przerzutach oraz u osób poniżej 18 roku życia (prawne ograniczenie) Walka z rakiem By obejrzeć publikacje tej grupy kliknij tutaj. Bliższe informacje: http://www-aix.gsi.de/~spiller/therapie.htmlhttp://www-aix.gsi.de/~spiller/therapie.html

52 Walka z rakiem-film Kliknij na obrazek by obejrzeć film

53 Materiały  http://www.gsi.de - nowa strona GSI  http://www-aix.gsi.de - stara strona GSI  http://www.gsi.de/zukunftsprojekt/index_e.html - plany na przyszłość http://www.gsi.de/zukunftsprojekt/index_e.html  Materiały reklamowe GSI „Proposal for an International Facility for Research with Heavy Ions and Antiprotons”