Im Anfang war . . .

Die Erforschung des Ursprungs des Universums

von Virginia Heffernan

Die Wissenschaftler hoffen, Ende 2009 Bedingungen erzeugen zu können, die dem „Big Bang“ ähnlicher sind, als jemals zuvor erreicht wurde. Die Konsequenzen für unser Verständnis der elementaren Physik sind enorm . . . ebenso wie all die Innovationen, die aus solch einem Verständnis hervorgehen könnten.

In ihren Experimenten werden die Wissenschaftler und Ingenieure auf spezielle nickelhaltige Edelstahl-Rostfrei-Güteklassen angewiesen sein, um die schnellen Teilchenstrahlen auf ihrem Kurs zu halten. Zwei hochlegierte Edelstähle von der ThyssenKrupp Nirosta GmbH aus Krefeld können den extremen Bedingungen in dem ringförmigen, 27 km langen Tunnel des zwei Milliarden Dollar teuren Großen Hadronen-Speicherrings (Large Hadron Collider, LHC), des weltgrößten Teilchenbeschleunigers, bei dem Bemühen der Wissenschaftler, den Ursprung des Universums zu verstehen, standhalten.

Das Experiment wird in zwei separaten Vakuumröhren 100 Meter unter dem Jura-Gebirge auf schweizerischem und französischem Gebiet durchgeführt. Dabei wird versucht, durch Beschleunigen von Protonen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen erneut die Bedingungen zu erzeugen, die kurz nach dem Urknall herrschten. Die Protonen können in vier separaten Zonen kollidieren und die Versuche von den Wissenschaftlern aus der Nähe betrachtet werden.

Extreme Betriebsbedingungen
Die zur Beschleunigung und Führung der Teilchen notwendigen Felder werden von ca. 500 Magneten erzeugt, die unter Verwendung von 860 Tonnen Nirosta® 4375 (EN Nr.1.4375), einem manganhaltigen austenitischen Edelstahl Rostfrei, hergestellt wurden. Diese Legierung kann den Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (-271 °C) und den starken Kräften innerhalb der Magnetspule widerstehen, während ihre geringe magnetische Permeabilität gewährleistet, dass der Stahl selbst nicht magnetisiert wird.

„Dieser spezielle, qualitativ hochwertige Werkstoff war für die problemlose Herstellung und die herausragenden Eigenschaften dieser Magnete maßgeblich verantwortlich“, erklärt Detlef Krischel, Bereichsleiter von ACCEL Instruments, der für die Magnete zuständigen Firma.

Edelstahl Rostfrei ist auch eine ausschlaggebende Komponente in den Rohrleitungen, in denen flüssiges Helium zur Kühlung der Magnete fließt. Zur Erzeugung magnetischer Felder, die stark genug sind, um die Teilchen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, müssen die Magnetspulen bis in die Nähe des absoluten Nullpunkts hinab gekühlt werden, damit sie supraleitend werden können und fast ihre gesamte Energie in Magnetfelder überführen können. Das aus Rohrleitungen bestehende Versorgungssystem, das parallel zu den Magneten verläuft und diese mit Helium versorgt, ist aus EN Nr. 1.4307 hergestellt, einem der Stahlsorte 304L (S30403) ähnlichen Chrom-Nickel-Edelstahl, der bei diesen extrem tiefen Temperaturen auch nicht versprödet. Für die 120 km Rohrleitungen waren annähernd 450 Tonnen dieses Werkstoffes erforderlich.

Obwohl die Europäische Organisation für Kernforschung (CERN) sich gezwungen sah, das Projekt im September 2008 wegen einer fehlerhaften elektrischen Verbindung zwischen Segmenten des supraleitenden Kabels zu unterbrechen, ist geplant, es Ende September 2009 wieder fortzusetzen und die ersten Kollisionsversuche Ende Oktober durchzuführen.

Reine Wissenschaft, Innovation und Nickel
Trotz des Anlaufproblems ist der LHC bereits jetzt ein Triumph der Technik. Darüber hinaus werden die gewonnenen Erkenntnisse auf Jahrzehnte, ja sogar auf Generationen hinaus einen Einfluss auf die kommenden Technologien und Bestrebungen des Menschen ausüben. Es ist trefflich, dass Nickel – d.h. ein Teil des Nickels, das Nanosekunden nach dem Urknall gebildet wurde – wesentlich für den Erfolg des Projektes ist.

Daniel Tummarello ThyssenKrupp Stainless AG E-mail: daniel.tummarello@thyssenkrupp.com Internet: www.thyssenkrupp-stainless.com

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