Sexl Physik 8, Schulbuch

115 | 2.9 Praktischer Nutzen von Grundlagen- forschung Es ist zu erwarten, dass ein Zentrum der Grundlagenforschung wie CERN neben dem Erkenntnisgewinn auch praktischen Nutzen hat. Die jährlichen Kosten von rd. 1 Mrd. Euro – Österreichs Beitrag ist 20 Mio. Euro – sind natürlich ein Anlass, nach dem Nutzen für die Gesellschaft zu fragen. Dieser ist beim CERN sicher der Fall. Das auffälligste Beispiel ist das World Wide Web . Es wurde um 1990 aus der Notwendigkeit geschaffen, dass die Forschergrup- pen effizient an gemeinsamen Daten arbeiten und bequem kommunizieren kön- nen. Die Notwendigkeit, große Datenmengen schnell zu verarbeiten – nicht nur am CERN, sondern z. B. in der Klimaforschung und Meteorologie, auch bei industriel- len Anwendungen – lässt CERN aktiv an der Entwicklung von Grid-Computing im Rahmen europäischer Forschungsprogramme teilnehmen. Für die Detektoren des LHC wurden Halbleiterbausteine mit hoher Ortsauflösung, Silicium-Streifen-Detektoren, entwickelt. Eine hohe räumliche Auflösung ist auch für die bildgebenden Verfahren der Medizin, das digitale Röntgen, gefragt. Ent- sprechende Röntgengeräte sind in Entwicklung. Die Medizin profitiert auch von der Beschleunigertechnik. In der herkömmlichen Strahlentherapie zur Tumorbehandlung werden Röntgen- und Gamma-Strahlung verwendet. Sie haben den Nachteil, dass ihre Intensität und ihre ionisierende Wir- kung im Gewebe exponentiell mit der Eindringtiefe abnehmen und dadurch über ein großes Volumen verteilt werden. Protonen und Ionen entwickeln ihre größte Wirkung jedoch am Ende ihrer Reichweite, die durch ihre Anfangsenergie be- stimmt ist ( 115.1 ). Damit kann das gesunde Gewebe geschont werden. In Wiener Neustadt entsteht in Zusammenarbeit mit CERN das medizinische Behandlungs- und Forschungszentrum Med-Austron ( 115.2–3 ). Mit einem Zirkularbeschleuni- ger (Durchmesser ca. 25 m) werden Protonen bis max. 250 MeV beschleunigt und ab 2015 über Strahlrohre in drei Behandlungsräume geführt. Untersuche, überlege, forsche: Teilchenphysik 115.1 Informiere dich über die Schicksale von Victor Hess und Marietta Blau. 115.2 Informiere dich über die Forschungsschwerpunkte zur (Astro-)Teilchenphysik am Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und an den Universitäten Graz, Innsbruck und Wien. 100 50 0 0 10 20 30 Eindringtiefe in Gewebe (cm) Dosis (%) γ -Strahl 6 MeV Proton-Strahl 250 MeV 115.1 Strahlen aus Protonen verlieren beim Durchgang durch Gewebe kontinuierlich Energie und haben ihre größte biologische Wirkung am Ende ihrer Reichweite. γ -Strahlen werden durch Absorption weniger intensiv, die γ -Quanten verlieren keine Energie und wirken dadurch tiefer im Gewebe. 115.2 Ansicht eines Behandlungsraumes im Med-Austron. 115.3 Übersicht über die Anlage 1 Kreisbeschleuniger (Synchrotron), 2 Linear- beschleuniger, 3 Ionenquellen, 4 Medizinische Behandlungsräume, 5 Forschungsraum 115.1 Welche Strahlung hat Victor Hess beobachtet? Wie kommt sie zustande? 115.2 Warum konnte Rutherford sicher sein, dass er die Um- wandlung eines Stickstoffkernes beobachtet hatte? 115.3 Wie funktionieren Linearbeschleuniger? 115.4 Welche Teilchenarten lassen sich in Beschleunigern auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigen? 115.5 Wodurch werden Teilchen in Zirkularbeschleunigern auf Kreisbahnen geführt? Warum wird es immer schwieri- ger, die Endenergie der Teilchen zu erhöhen? 115.6 Wodurch unterscheiden sich Antiteilchen von normalen Teilchen? 115.7 Wie werden Positronen in der Medizin verwendet? 115.8 Was sind Erhaltungsgesetze? 115.9 Wie erklärt das Quarkmodell den Aufbau von Proton und Neutron? 115.10 Was sind Mesonen und wie werden sie im Quarkmodell erklärt? 115.11 Wie erklärt die Quantenelektrodynamik die Kraft zwi- schen geladenen Teilchen? 115.12 Wodurch unterscheiden sich reelle Teilchen von virtuel- len? 115.13 Welche Eigenschaften haben Quarks? 115.14 Wodurch werden Kräfte zwischen Quarks übertragen? 115.15 Warum werden keine einzelnen Quarks beobachtet? 115.16 Was versteht man unter Generationen der fundamen- talen Teilchen? 115.17 Was versteht man unter dem Standardmodell der Teil- chenphysik? 115.18 Wie kommt der β -Zerfall zustande? 115.19 Kann ein negatives W-Teilchen in Neutron und Antipro- ton zerfallen? 115.20 Warum ist die Reichweite der starken Wechselwirkung so gering, obwohl die Gluonen masselos sind? Teste dein Wissen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv