Kevin Wiesner am Cern in der Schweiz

Nach einer zum Glück problemfreien Anreise begann heute mein zwei-wöchiges Praktikum am CERN in der Schweiz. Im Rahmen dieses Praktikums bekomme ich sowohl einen Einblick in die Forschungsthemen am CERN, als auch beschäftige ich mich mit einem selbstständigen, aber zugeteilten Projekt. Der Tag begann mit dem Suchen eines Konferenzraumes auf dem Gelände des CERNs und wir bekamen eine grundlegende Einführung über das CERN und seine Forschung. Nach dem Mittagessen haben wir einen „Tresure Hunt“ gemacht, um das Gelände des CERNs in Meyrin (das CERN hat mehrere Standorte, auch „Sites“ genannt) kennen zu lernen und ich habe festgestellt, dass man selbst nach 3h 30 min, die wir Zeit hatten, noch bei Weitem nicht alles gesehen hat. Des Weiteren haben wir heute unsere Projekt-Supervisors kennen gelernt und einen groben Überblick über unsere Projekte bekommen. So werden mein Partner und ich uns mit einer „radiological study at CERNs accelerators“ beschäftigen, bei der wir Protonen-Antiproton-Kollisionen mittels einer Computersoftware simulieren und uns Gedanken zur benötigten Strahlenabschirmung machen werden. Zum Abschluss des Tages haben wir uns den ersten Teilchenbeschleuniger des CERNs (Synchro-Zyklotron) angesehen, der 1957 in Betrieb genommen wurde. Bereits dieser konnte Protonen auf Energien von 600 MeV (Megaelektronenvolt) und 80% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen.

Heute begann der Tag mit einer Führung durch das Datencenter des CERNs und den Antiproton Decelerator. So erfuhren wir, dass jedes Jahr am CERN mehr als 10 Petabyte an Daten entstehen, die mithilfe von Magnetbändern gespeichert werden und wie durch Kollisionen entstandene Antiprotonen entschleunigt werden. Das Prinzip ähnelt dem der Teilchenbeschleuniger, nur, dass hier das Elektromagnetfeld so geschaltet wird, dass die Teilchen (hier: Antiprotonen) nicht beschleunigt, sondern gebremst werden, um sie besser untersuchen zu können. Im Anschluss begann die erste Projektphase. Die Supervisors von mir und meinem Partner waren heute jedoch verhindert und deshalb sind wir mit einer anderen Gruppe mitgegangen, die eine ähnliche Thematik behandelt.

Am heutigen Tag lag der Fokus vor allem auf unseren Projekten. So bekamen wir heute eine Einführung in das Programm Fluka, welches mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen Teilchenkollisionen und die durch diese entstehende Sekundärstrahlung simuliert. Auf diese Weise ist man in der Lage, mithilfe von bereits erforschter Physik Erkenntnisse über einen benötigten Strahlenschutz für neue Projekte zu gewinnen und so Überraschungen zu vermeiden und Sicherheit für die Mitarbeiter zu schaffen, bevor man beginnt, das Projekt zu bauen. Dieses Programm wird unter anderem im Bereich HSE/RP (Occupational Health & Safety and Environmental Protection Unit - Radiation Protection) benutzt, in welchem unsere beiden Supervisors Heinz Vincke und Robert Fröschl arbeiten. Wir modellierten heute mithilfe von Flair (einer grafischen Unterstützung) einfache Situationen mit verschiedenen Materialien sowohl mit Kollisionen von Protonen mit einem Target, als auch Antiprotonen mit einem Target und Fluka berechnete das Ergebnis. Dabei untersuchten wir das Strahlenaufkommen von bestimmten Teichen (z.B. Neutronen, Protonen, Myonen) und auch die effektive Dosis (µSv/h) in bestimmten Gebieten, um die Gefahr der radioaktiven Strahlung, die bei den Kollisionen entsteht, zu ermitteln (Beispiele siehe Fotos).

Am 4. Tag haben wir vormittags weiter an unserem Projekt gearbeitet. Uns wurde gezeigt, wie wir Berechnungen an das CPU-Cluster („Rechenmaschine“) des CERNs weiterleiten können, um den Vorgang von intensiven Simulationen zu beschleunigen. Wir verglichen Betonabschirmungen von 40cm und 80cm Dicke und erstellten eine grafische Auswertung, die den Abschwächungseffekt der radioaktiven Strahlung durch die verschiedenen Abschirmungen zeigt. Am Nachmittag folgten wir einem Vortrag über die Beschleunigerphysik und daraufhin besuchten wir den LEIR (Low-Energy-Ion-Ring), in welchem Schwerionengruppen (z.B. Blei) komprimiert und auf Energien bis zu 72 MeV beschleunigt werden, um diese auf die folgenden Beschleunigungen vorzubereiten und Experimente durchzuführen zu können. Zum Abschluss des Tages haben wir die Schweizer Spezialität Käsefondue in einem Restaurant in der Innenstadt gegessen und ließen den Abend gemütlich ausklingen.

Heute war wieder ein Projekttag. Wir arbeiteten weiter an verschiedenen Auswertungen, indem wir genauere Berechnungen durchführen ließen und begannen damit, diese in unsere Abschlusspräsentation einzuarbeiten. Außerdem besuchten wir vom Projekt aus die ISR („Intersection-Storage-Rings“), in welchen 1971 erstmals zwei Protonen-Strahle kollidierten, was eine Errungenschaft für die Teilchenphysik darstellte, da man dadurch höhere Energien bei der Kollision erreichen konnte als wenn man einen Strahl mit einem Target („Ziel“) kollidieren ließ. Die ISR sind jedoch seit 1984 inaktiv, jedoch wurden die Tunnel ausgeräumt und werden heute zur Lagerung von gering radioaktiv strahlendem/kontaminiertem Material genutzt, bis dieses recycelt oder verwertet werden kann.

Nach einem „freien“ Tag, der leider etwas verregnet war, ging es heute mit dem Programm weiter. Wir machten Bekanntschaft mit dem früheren Generaldirektor Prof. Rolf-Dieter Heuer und unterhielten uns während eines Frühstücks über die Arbeit eines Generaldirektors und zukünftige Projekte und Forschungsschwerpunkte am CERN, an denen wir in der Zukunft teilhaben könnten (z.B. der „Future Circular Collider“ (Teilchenbeschleuniger mit 100 km Umfang), Erforschung der Antimaterie und Auffinden von dunkler Materie). Nach einem wie immer ausgiebigen Mittagessen ging es dann in die Stadt, wo wir eine „Treasure Hunt“ machten, um diese zu erkunden. So besuchten wir die Altstadt von Genf mit der Cathédrale Saint-Pierre, bestaunten den Jet d’Eau (eine riesige Wasserfontäne) und machten Bootsfahrten über den Genfer See, nur, um ein paar Beispiele zu nennen. Mit dem Wetter hatten wir, anders als in den Tagen zuvor, mehr Glück und kehrten am Abend nach einer erfolgreichen „Treasure Hunt“ zum CERN zurück.

Am heutigen Tag gingen wir vom Projekt aus noch einmal zum AD („Antiproton Decelerator“), um einen tieferen Einblick in die dort durchgeführten Experimente zu erhalten (z.B. ALPHA, in welchem Antiwasserstoff aus den entschleunigten Antiprotonen und Positronen gebildet und mit Wasserstoff verglichen wird). Außerdem besuchten wir die Osthalle, welche direkt an den PS („Proton Synchrotron“) angebunden ist und als Halle für Experimente mit dem Strahl aus diesem dient. Zurzeit ist am CERN der LS2 („Long Shutdown 2“), in dem Teile des LHC, dessen Experimente und auch andere Einrichtungen geändert/verbessert/gebaut werden. Aus diesem Grund erst ist es uns möglich, die Experimente des LHC zu besichtigen. Auch in der Osthalle finden im Moment Umbaumaßnahmen statt und wir konnten beobachten, wie das Abbauen der Abschirmungen für den Strahlenschutz  voranschritt. Den Nachmittag verbrachten wir im „S’Cool LAB“, in dem wir uns mit 2 verschiedenen Experimenten befassten und selbst Hand anlegen konnten. Das eine war eine einfache Nebelkammer, die wir mithilfe von Trockeneis, Isopropanol, Filz und einem passenden Gehäuse bauten und verschiedene Arten von ionisierender Strahlung verglichen. Im anderen Experiment beschäftigten wir uns mit Röntgenstrahlung und führten mit einer speziellen Apparatur verschiedene kleine Experimente durch, wie zum Beispiel, ob Aluminium Röntgenstrahlung besser abschirmt als Papier (P.S. das stimmt).

Am neunten Tag beschäftigten wir uns vormittags weiter mit unserem Projekt. Wir untersuchten die Ortsdosisleistung in unserem simulierten Experiment nach Abschalten des Strahls (nach 30 min, 1 Tag und 1 Jahr), da das umliegende Material und das Target (in unserem Fall Beton und Stahl) radioaktiv wird und weiterstrahlt, auch, wenn das Experiment beendet ist. Außerdem ließen wir Fluka simulieren, welche Nuklide entstehen könnten, auch, in welchen Mengen und überprüften die rechtlichen Vorschriften für diese Nuklide, da es für die Aktivität von Nukliden (Bq) vorgeschriebene Werte gibt, ab wann ein Stoff im Gesetz als radioaktiv bezeichnet wird. Ein weiterer Tagespunkt war das Besichtigen vom ALICE-Experiment (A Large Ion Collider Experiment), einem der vier großen LHC-Experimente. Dieses wurde vor allem für Schwerionenkollisionen konzipiert und soll Antworten auf physikalische Grundfragen liefern, z.B. wie es zu dem Quark-Gluonen-Plasma gekommen ist, welches kurz nach dem Urknall bestanden haben soll und welche Eigenschaften es besitzt.

Am heutigen Tag stand vormittags wieder Projektarbeit auf dem Plan. Gestern gaben wir einen Auftrag an das Rechen-Cluster, um die Aktivierung des Targets (Radioaktivität) nach Ausschalten des Antiprotonen-Strahls genauer zu berechnen und um eine bessere Auswertung erstellen zu können, die wir dann heute in unsere Präsentation einfügten. In dieser sollen wir den anderen Teilnehmern, Supervisors und unseren Koordinatoren schildern, womit wir uns in den letzten zwei Wochen beschäftigt haben und zu welchen Ergebnissen wir gekommen sind. Alle Präsentationen werden dann am Freitag im IT-Auditorium vorgestellt. Am Nachmittag besuchten wir SM18, eine Einrichtung, in der Magnete in Temperaturen von 1,9 bis 80 Kelvin bei Stromstärken bis zu 20 kA getestet werden, bevor sie in Teilchenbeschleunigern verbaut werden. So werden hier zum Beispiel die supraleitenden Magnete des LHC (supraleitend meint ohne elektrischen Widerstand) getestet und ihre Supraleitfähigkeit wird „trainiert“. Es wäre nämlich nicht praktisch, die Magnete in die Tunnel zu transportieren, um dann festzustellen, dass sie nicht richtig funktionieren.

Das Praktikum nähert sich leider langsam dem Ende zu. Vom Projekt aus besuchten wir heute vormittags die Nordhalle, in der Experimente mit dem Strahl aus dem PS (Proton Synchrotron) durchgeführt werden. So zum Beispiel das CLOUD-Experiment (Cosmics Leaving Outdoor Droplets), in dem der Einfluss von kosmischer Strahlung auf Wolkenbildung untersucht wird. Außerdem besichtigten wir das CCC (CERN Control Centre), von wo aus die Experimente am LHC durchgeführt und überwacht werden. Interessant war die Unterteilung des Raums, da er aus vier kleinen, runden „Inseln“ besteht, die ein jeweiliges Aufgabengebiet übernehmen. Am Nachmittag hatten wir den letzten Visit des Praktikums, es ging zum ATLAS-Detektor am LHC, an dem in Verbindung mit CMS (einem anderen großen LHC-Detektor) der Nachweis des Higgs-Teilchens gelingen sollte, was im Juli 2012 auch der Fall war. In der anschließenden letzten Projektphase des Praktikums beendeten wir unsere Präsentationen und hatten eine Generalprobe.Das Praktikum nähert sich leider langsam dem Ende zu. Vom Projekt aus besuchten wir heute vormittags die Nordhalle, in der Experimente mit dem Strahl aus dem PS (Proton Synchrotron) durchgeführt werden. So zum Beispiel das CLOUD-Experiment (Cosmics Leaving Outdoor Droplets), in dem der Einfluss von kosmischer Strahlung auf Wolkenbildung untersucht wird. Außerdem besichtigten wir das CCC (CERN Control Centre), von wo aus die Experimente am LHC durchgeführt und überwacht werden. Interessant war die Unterteilung des Raums, da er aus vier kleinen, runden „Inseln“ besteht, die ein jeweiliges Aufgabengebiet übernehmen. Am Nachmittag hatten wir den letzten Visit des Praktikums, es ging zum ATLAS-Detektor am LHC, an dem in Verbindung mit CMS (einem anderen großen LHC-Detektor) der Nachweis des Higgs-Teilchens gelingen sollte, was im Juli 2012 auch der Fall war. In der anschließenden letzten Projektphase des Praktikums beendeten wir unsere Präsentationen und hatten eine Generalprobe.

Heute war der letzte Tag unseres Praktikums. Nachdem ich mein Dosimeter (ein Gerät zur Überwachung der empfangenen Strahlendosis, welches über das Praktikum eine Dosis von 0,00 mSv registrierte) abgegeben hatte und wir zusammen zu Mittag gegessen hatten, begann die Abschlussveranstaltung und es war interessant zu hören, womit sich die anderen Gruppen beschäftigten, obwohl man natürlich schon vieles mitbekommen hatte. Bei Interesse kann man sich alle Präsentationen unter folgendem Link ansehen (siehe Programmpunkte am Freitag, 17. Mai): https://indico.cern.ch/event/750637/timetable/. Im Anschluss bekamen wir unsere Zertifikate und es gab einen „Apero“ mit Getränken und kleinen Snacks, der in den letzten Abend einführte.

Abschließend kann ich von einem sehr erfolgreichen Praktikum sprechen, bei dem ich einerseits viel Neues gelernt habe aber auch gute Kontakte geknüpft habe, die hoffentlich lange bestehen bleiben. Ich bedanke mich natürlich bei allen, die mir dieses einmalige Praktikum ermöglicht haben und hoffe, ich konnte mit diesem Blog einen kleinen Einblick in dieses geben.