Sexl Physik 8, Schulbuch

2.9 Grundlagenforschung hat praktischen Nutzen Es ist zu erwarten, dass ein Zentrum der Grundlagenforschung wie CERN neben dem Erkenntnisgewinn auch praktischen Nutzen hat. Die jährlichen Kosten von rd. 1Mrd. Euro – Österreichs Beitrag ist ca. 24 Mio. Euro (2017) – sind natürlich ein An- lass, 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 können. 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. Die Medizin profitiert auch von der Beschleunigertechnik. In der herkömmlichen Strahlentherapie zur Tumorbehandlung werden Röntgen-, Gamma- und Elektro- nenstrahlen verwendet. Sie haben den Nachteil, dass ihre Intensität und ihre ioni- sierende Wirkung 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 Anfangse- nergie bestimmt ist (  75.1 ). Damit kann das gesunde Gewebe geschont werden. In Wiener Neustadt wurde in Zusammenarbeit mit CERN das medizinische Behand- lungs- und Forschungszentrum Med-Austron (  75.2, 75.3 ) errichtet. Mit einem Zirkularbeschleuniger (Durchmesser ca. 25m ) werden Protonen bis max. 250MeV beschleunigt und über Strahlrohre in drei Behandlungsräume geführt.  Untersuche, überlege, forsche: Teilchenphysik 75.1 S 1  Informiere dich über die Schicksale von Victor Hess und Marietta Blau. 75.2 W 2  Informiere dich über die Forschungsschwerpunkte zur (Astro-)Teilchenphysik am Institut für Hochenergiephy- sik 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 75.1 Protonen-Strahlen verlieren beim Durchgang durch Gewebe kontinuierlich Ener- gie und haben ihre größte biologische Wirkung am Ende ihrer Reichweite. γ -Strahlen werden durch Absorption weniger intensiv, ihre biolo- gische Wirkung ist über ein größeres Volumen verteilt. 75.2 Ansicht eines Behandlungsraumes im Med-Austron 75.3 Unten: Zirkularbeschleuniger des Med-Austron   Teste dein Wissen W 1 75.1 Welche Strahlung hat Victor Hess beobachtet? Wie kommt sie zustande? 75.2 Warum konnte Rutherford sicher sein, dass er die Umwandlung eines Stickstoffkernes beobachtet hatte? 75.3 Wie funktionieren Linearbeschleuniger? 75.4 Welche Teilchenarten lassen sich in Beschleunigern auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigen? 75.5 Wodurch werden Teilchen in Zirkularbeschleunigern auf Kreisbahnen geführt? Warum wird es immer schwieriger, die Endenergie der Teilchen zu erhöhen? 75.6 Wodurch unterscheiden sich Antiteilchen von Teilchen? 75.7 Wie werden Positronen in der Medizin verwendet? 75.8 Was sind Erhaltungsgesetze? 75.9 Wie erklärt das Quarkmodell den Aufbau von Proton, Neutron und Mesonen? 75.10 Wie erklärt die Quantenelektrodynamik die Kraft zwischen geladenen Teilchen? 75.11 Wodurch unterscheiden sich reelle Teilchen von virtuellen? 75.12 Welche Eigenschaften haben Quarks? 75.13 Wodurch werden Kräfte zwischen Quarks übertragen? 75.14 Warum werden keine einzelnen Quarks beobachtet? 75.15 Was versteht man unter Generationen der funda­ mentalen Teilchen? 75.16 Was versteht man unter dem Standardmodell? 75.17 Wie kommt der β -Zerfall zustande? 75.18 Kann ein negatives W-Teilchen in Neutron und Anti­ proton zerfallen? 75.19 Warum ist die Reichweite der starken Wechselwirkung so gering, obwohl die Gluonen masselos sind? 75 | Teilchenphysik Nur zu Prüfzwecken – Eige tum des Verlags öbv