Glasfasern überwachen Teilchenbeschleuniger

Lebende Zellen sind klein und die in ihnen ablaufenden Prozesse schnell. Gern würden Wissenschaftler dabei zusehen, wie sich große Moleküle und Zellbestandteile bewegen oder miteinander reagieren. Die bisher eingesetzten Messmethoden sind dazu jedoch nicht genau genug. Viel Hoffnung setzen sie auf den Freien Elektronenlaser, der »weiche« Röntgenstrahlung mit den erforderlichen hohen Intensitäten und kurzen Pulsdauern liefert. Ein Beispiel dafür ist das aktuelle TESLA-Projekt der Großforschungseinrichtung Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY. Bei positivem Ausgang des Genehmigungsverfahrens wird in den kommenden Jahren in der Nähe von Hamburg ein insgesamt 33 Kilometer langer geradliniger Kollisionsbeschleuniger für Elektronen und Positronen gebaut.

Bei einer solchen Länge und der erforderlichen Strahlgenauigkeit von einem halben Millimeter tritt gerade in der Bau- und Testphase auch der Vorgängeranlagen der unerwünschte Effekt auf, dass die fliegenden Teilchen mit der Rohrwand oder Bauteilen kollidieren und verloren gehen. Die dabei freigesetzte hochenergetische Sekundärstrahlung stellt zudem eine Gefahr für die Elektronik dar, die den Beschleuniger umgibt. Um diese austretende Strahlung zu messen, haben Forscher vom Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT faseroptische Sensoren in die Anlage integriert. Gegenüber anderen Systemen bieten sie einige Vorteile: Sie sind unempfindlich gegen Störungen und die verwendeten Glasfasern sind so dünn, dass selbst in dem nur einen halben Millimeter breiten Spalt zwischen Beschleunigerrohr und Undulatormagneten gemessen werden kann. Zudem ersetzen sie viele Einzelsensoren. »An neuralgischen Stellen haben wir die Glasfasern in mehreren Windungen um das Rohr gewickelt. Dies führt zu einer hohen Messgenauigkeit. Zur Überwachung von Strecken bis zu einigen hundert Metern verlaufen sie parallel zu ihm«, beschreibt Dr. Henning Henschel die zwei Varianten des optischen Messverfahrens. »Trifft ionisierende Strahlung auf die Glasfaser, ändern sich dort deren optische Eigenschaften. Aus der Laufzeit eingestrahlter Lichtpulse berechnet ein Optical Time Domain Reflectometer Ort und Stärke dieser Strahlung.«

Die faseroptischen Strahlungssensoren eignen sich nicht nur dazu, um Teilchenbeschleuniger zu überwachen und zu justieren. Dr. Henschel kann sich durchaus vorstellen, dass sie in Zukunft dazu eingesetzt werden, kontinuierlich die Strahlung an Castorbehältern oder in ausgedehnten Lagerstätten für radioaktives Material zu messen.