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TR

ERLY

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U S T R O N

Ausgabe 3 I/2000

Die Quartalsschrift des

VEREIN AUSTRON

A

Februar 2000

Impressum

Medieninhaber undHerausgeber

Redaktion undLayout

Editorial Board

AUSTRON QuarterlyDie Quartalsschrift desVEREIN AUSTRON

VEREIN AUSTRON

Erwin Jericha

Gerald BadurekHelmut LeebHelmut Rauch(Physik)

Philip BryantErich GriesmayerHorst Schönauer(Beschleuniger)

Meinhard ReglerPeter Skalicky(VEREIN AUSTRON)

Peter FratzlPeter Laggner(Neutronenstreuung)

Thomas AubergerRichard Pötter(Medizin)

Offenlegung nach §25 Mediengesetz

Medieninhaber

Vorstand

Rechnungsprüfer

Grundlegende Richtung der Zeitschrift

VEREIN AUSTRONc/o AtominstitutStadionallee 21020 Wien

Peter Skalicky (Präsident)Meinhard Regler (1.Vizepräsident)Peter Lukas (2.Vizepräsident)

Walter BrandnerWilhelm Reismann

AUSTRON Quarterly ist ein periodisch er-scheinendes Informationsmedium über ak-tuelle Fragen der Neutronenforschung undneue Entwicklungen im Bereich der Neu-tronenspallationsquellen, mit besonderemSchwerpunkt auf der geplanten österrei-chischen Quelle AUSTRON, sowie über me-dizinische und technische Entwicklungenauf dem Gebiet der beschleunigergestütz-ten Hadronentherapie mit Schwerpunktauf dem geplanten österreichischen Zen-trum Med-AUSTRON. Die Zeitschrift rich-tet sich an alle Mitglieder des VEREINAUSTRON sowie an alle nationalen und in-ternationalen Interessenten im akademi-schen Bereich.

Druck

DRUCKEREIROBITSCHEK & CO.Gesellschaft m.b.H.

Auflage

1200 Exemplare

Verlags- undHerstellungsort

Wien

Verlagspostamt

A-1020 Wien

AUSTRON QUARTERLY 3 I/2000Februar 2000

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©2000 VEREIN AUSTRON, Wien. Alle Rechte vorbehalten.Vervielfältigung für Lehr- und Forschungszwecke unter Quellenangabe gestattet.

Inhalt

Das Architekturmodell auf der ersten Umschlagseitewurde vom Planungsbüro Prof. D. Sommer - (L. Weisser,K. Hanzlik), Architekten am Graben, Wien - entworfenund erstellt.

Erste Erfolge mit Kohlenstoffionen an der 4GSI Darmstadt

Die Meßinstrumente von AUSTRON 5Neutronen- und Quantenoptik

AUSTRON auf der European Particle 10Accelerator Conference (EPAC) 2000

Die Frühgeschichte von AUSTRON 11

AUSTRON - Realität für Österreich? 12Eine Veranstaltung der Wirtschaftskammer

Jürgen Debus

Gerald Badurek, Helmut Rauch

Meinhard Regler

Winfried Mitaroff

Gerhard Petrakovits

Günter Bauer

Jose Alonso

Meinhard Regler

Erwin Jericha

Status of the SNS Project 8

Aus dem Verein 14

Thema der Redaktion 15

Spallationstargets 7

Editorial

In dieser dritten Nummer von AUSTRON Quar-terly (vorerst hat der Vorstand des Vereins vierAusgaben von AQ beschlossen) finden Sie eineNeuerung: Beiträge, die im Original in Englischgeschrieben wurden, werden englisch veröf-fentlicht. Richten sich diese Beiträge doch imAllgemeinen an eine Zielgruppe, die auch selbstim Beruf mit der einschlägigen englischenFachsprache vertraut sein muß. Mit dem erstenangesprochenen Artikel sind wir übrigensschon in medias res: der Artikel über die Pläneder USA soll zeigen, daß Europa nur durch diebaldige Realisierung von AUSTRON (einemSpitzenzentrum mit modernster aber bekann-ter Technologie) die führende Rolle Europas inder Neutronenstreuung behaupten kann.Im medizinischen Bereich sollen die vielver-sprechenden Erfolge in der Behandlung vonspezifischen Tumoren mit Kohlenstoff bei derGesellschaft für Schwerionenforschung inDarmstadt (GSI) zeigen, daß AUSTRON auchhier auf dem richtigen Weg ist (in Japan läuftein Zentrum, Heavy Ion Medical AcceleratorCenter (HIMAC), in Chiba schon seit mehrerenJahren sehr erfolgreich). Es gibt wohl kaumeinen schlagenderen Beweis für den gesell-schaftsrelevanten „spin off” physikalischerGrundlagenforschung.Im Mai dieses Jahres sollen die Bemühungenum die Internationalisierung von AUSTRONdurch Minister a.D. Botschafter Jankowitschund seinem Team (ständig unterstützt durchdas engagierte zuständige Ressort des BMfWV)eine tragfähige Basis für die baldige Realisierugvon AUSTRON geschaffen haben. Wir hoffen,daß AUSTRON Quarterly einen kleinen Beitragleisten kann, das Interesse an unserem Projektim Ausland im Inland wachzuhalten.und

Helmut Rauch, Meinhard Regler

schwere

Med-AUSTRON ist ein radioonkologischesZentrum für Bestrahlung von Tumoren mit Pro-tonen und Kohlenstoffkernen (Kohlenstoffker-ne werden in der Sprache der Mediziner nochimmer als Ionen bezeichnet). Der aus-schließlich klinisch genutzte Teilchenbeschleu-niger von Med-AUSTRON soll der Routinethe-rapie und insbesondere auch der vergleichen-den klinischen Forschung gewidmet sein. ZurZeit gibt es nur ein klinisches Zentrum für Koh-lenstofftherapie, nämlich HIMAC (Heavy IonMedical Accelerator) in Chiba (Japan). Dortkönnten im Prinzip verschieden schwere Ionenbeschleunigt werden, aber nach weltweitem

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Konsens werden ausschließlich Kohlenstoffio-nen zur Therapie verwendet. Erste Behandlun-gen wurden 1994 durchgeführt, und bis heutesind über 600 Patienten bestrahlt worden. An-ders als beim Med-AUSTRON Konzept werdenkeine Protonen zur Therapie und keine rotie-rende Gantry eingesetzt. In Europa wurde diePionierarbeit von der Gesellschaft für Schwer-ionenforschung in Darmstadt (GSI) angeführt,wo seit Dezember 1997 Patienten bestrahlt wer-den. Eine Anlage mit einem ausschließlich kli-nisch genutzten Beschleuniger soll in Heidel-berg errichtet werden. Im Gegensatz zu Darm-stadt/Heidelberg plant Med-AUSTRON eine ex-zentrische Gantry (AUSTRON Quarterly II, S.11), und auch bei der Strahlextraktion könnteneigene Wege beschritten werden (langsame Re-sonanzextraktion unter Verwendung indukti-ver Beschleunigung, AQ II, S. 10). In Frankreichwurden übrigens gerade substantielle Mittel fürF. & E. für einen Beschleuniger für Ionenthera-pie bewilligt). Vorerst gratuliert der VereinAUSTRON jedoch den „Vorreitern” aus Darm-stadt und Heidelberg zu ihren ermutigendenErfolgen!

Meinhard Regler

Bestrahlung von Schädelbasis-tumoren mit Kohlenstoffionen

bei der GSIErste klinische Ergebnisse und

zukünftige Perspektiven

Dem Mentor dieses Projektes, Herrn Prof. Dr.Hans-Joachim Specht, mit Dank gewidmet.

Hintergrund

Material und Methode

Strahlenbiologische und medizinphysikalischeUntersuchungen versprechen Vorteile bei derPatientenbestrahlung mit schweren Ionen. Dievorliegende Arbeit berichtet über die ersten kli-nischen Ergebnisse bei 45 Patienten mit Schä-delbasistumoren, die zwischen Dezember 1997und September 1999 am Schwerionensynchro-tron der Gesellschaft für Schwerionenfor-schung (GSI), Darmstadt, mit Kohlenstoffionenbestrahlt wurden.

Die Patienten (23 Frauen und 22 Männer) wa-ren im Mittel 48 Jahre alt (18-80 Jahre) und lit-ten an Chordomen (17), Chondrosarkomen (10)und anderen Tumoren der Schädelbasis.Erstmalig kamen das intensitätsmodulierte Ra-sterscan-Verfahren und die Online-Therapie-kontrolle mittels Positronen-Emissionstomo-graphie (PET) am Patienten zum Einsatz.

Computertomographische Aufnahmen warenGrundlage für die dreidimensionale Strahlen-therapieplanung. Patienten mit Chordomenund Chondrosarkomen erhielten eine frakti-onierte Bestrahlung mit Kohlenstoffionen (me-diane Gesamtdosis 60 GyE) an 20 konsekutivenTagen. Bei den anderen Tumorhistologien wur-de nach fraktionierter stereotaktischer Radio-therapie ein Kohlenstoffionenboost von 15-18GyE auf den makroskopischen Tumor appli-ziert (mediane Gesamtdosis 63 GyE).

Der mittlere Nachbeobachtungszeitraum be-trug 9 Monate. Die Bestrahlung wurde gut tole-riert. Die lokale Kontrollrate über alle Histolo-gien hinweg lag nach einem Jahr bei 94%. Zurpartiellen Tumorremission kam es bei 7 Patien-ten (15,5%) (siehe Abbildung). Ein Patient istverstorben. Es wurden bei keinem Patientenschwere radiogene Nebenwirkungen (> II°Common Toxicity Criteria) beobachtet. Bislangist bei keinem Patienten ein Rezidiv im Behand-lungsvolumen aufgetreten.

Die klinische Wirksamkeit und die technischeDurchführbarkeit dieses neuen Therapiever-fahrens konnten eindeutig belegt werden. Umden klinischen Stellenwert der Bestrahlungs-modalitäten mit Protonen und Ionen weiter zubeleuchten, sind Untersuchungen mit größerenPatientenzahlen notwendig. Als konsequenteFortführung des Projektes ist der Bau eines aus-schließlich klinisch genutzten Teilchenbe-schleunigers in Heidelberg geplant.

Ergebnisse

Schlußfolgerung

Jürgen Debus, Daniela Schulz-Ertner, FrederikWenz, Michael Wannenmacher

Thomas Haberer, Gerhard Kraft

Oliver Jäkel, Wolfgang Schlegel

Wolfgang Enghardt

Radiologische Universitätsklinik, Heidelberg

Gesellschaft für Schwerionenforschung, Darmstadt

Deutsches Krebsforschungszentrum, Heidelberg

Forschungszentrum Rossendorf bei Dresden

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Rezidiv eines Chordoms

vor Therapie 6 Wochen nach Therapie

Die Meßinstrumente vonAUSTRON

Neutronen- und Quantenoptik

Für jedes

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einzelne der Neutronenspektrometer,die an den Strahlrohren von AUSTRON instal-liert werden sollen, gilt der Grundsatz, daß essich um ein State-of-the-Art Instrument han-deln muß, das sowohl von seiner Konzeptionher optimal an die Gegebenheiten einer gepul-sten Neutronenquelle angepaßt ist, als auch un-ter Einbeziehung der zum Zeitpunkt der Instal-lation modernsten verfügbaren Technologieneine bestmögliche Ausnutzung des vorhande-nen Neutronenflusses gewährleistet. Einige derInstrumente nehmen dabei insofern eine Son-derstellung ein, als sie auf völlig neuen, teilsnoch in Entwicklung befindlichen Konzeptenberuhen und bisher noch an keiner anderenNeutronenquelle implementiert, geschweigedenn erprobt werden konnten. Zu diesen inno-vativen Instrumenten, die in den nächsten Aus-gaben von AUSTRON Quarterly noch einzelnvorzustellen sein werden, zählen unter ande-rem das Neutronen-Spin-Echo Spektrometerfür gepulste Quellen, das Phasen-Reflektome-ter, die Spin-Echo-Kleinwinkelstreuanlage, dasPhasentransformations-Spektrometer, das Dif-fraktometer für polarisierte Kerne sowie eineReihe neutronenoptischer Komponenten undVerfahren, deren Realisierung gepulste Neutro-nenquellen zwingend voraussetzt.Ein Teil der Experimentierhalle von AUSTRONwird durch bauliche Maßnahmen vom übrigenBereich abgetrennt und hinsichtlich der Schaf-fung spezieller Probenumgebungen optimiert.Dies ermöglicht es weltweit erstmals, Neutro-nenstreuexperimente on-line” unter Rein-raumbedingungen durchzuführen. Die dafürvorgesehenen Reflektometer und Einkristall-diffraktometer können damit mit bis dato uner-reichter Stabilität und Qualität betrieben wer-den, was wiederum völlig neue festkörperphy-sikalische und materialwissenschaftliche Mög-lichkeiten zur Untersuchung und Entwicklungtechnologisch relevanter Hochleistungswerk-stoffe eröffnet. Da dieser Bereich außerdemauch vibrationsisoliert und temperaturstabili-siert ausgeführt ist, bietet er sich an, einenneutronen- und quantenoptischen Meßplatzmit extremer Empfindlichkeit aufzunehmen.Bekanntlich ist gerade auf diesem faszinieren-den Forschungsgebiet die in Österreich vorhan-dene Expertise an vorderster Front angesiedelt.Die dafür vorgesehenen Experimentiereinrich-tungen werden daher im folgenden auch kurzvorgestellt, wenngleich eine einigermaßen

umfassende Charakterisierung der zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien und ihrerAnwendungsmöglichkeiten in diesem Rahmenvöllig ausgeschlossen ist.Abb. 1 zeigt den schematischen Aufbau der ge-planten Anlage, die in ihrer ersten Ausbaustufedrei Instrumente umfaßt: (i) ein Neutronen-interferometer, (ii) eine ultrahochauflösendeKleinwinkelkamera und (iii) einen Neutronen-resonator.Bei allen drei Instrumenten kommt sogenann-ten Perfektkristallen aus Silizium eine entschei-dende Rolle zu, bei denen die regelmäßige An-ordnung der Atome durch keinerlei Verset-zungsfehler gestört ist und somit jedes einzelneAtom sich sozusagen an seiner Idealpositionbefindet. Für das Interferometer wurden auseinem monolithischen Si-Idealkristall dreiplanparallele, aus einer gemeinsamen Basisherausragende Platten geschnitten. Durch dy-namische Beugung des einfallenden Neutro-nenstrahls an der ersten dieser Platten entste-hen zwei kohärente, makroskopisch über meh-rere Zentimeter getrennte Teilstrahlen, diedurch erneute Beugung am zweiten Kristall amOrt der dritten Platte zur Interferenz gebrachtwerden. Da sich aber zu jedem Zeitpunkt be-stenfalls nur ein einziges Neutron innerhalb desInterferometers aufhält, ist die Entstehungeines Interferenzmusters nur im Kontext desquantenmechanischen Welle-Teilchen Dualis-mus zu verstehen, während jede klassischeInterpretation zum Scheitern verurteilt ist. Be-reits vor einem Vierteljahrhundert konnte mitdiesem Instrument erstmals eines der Funda-mente der Quantenmechanik, nämlich die 4 -Periodizität der Wellenfunktion von Fermiteil-chen, direkt experimentell verifiziert werden.Anschaulich gesagt handelt es sich dabei umden bis dahin als unmöglich angesehenenNachweis, daß ein Neutron erst nach zweimali-ger vollständiger Drehung wieder seine ur-sprünglichen Eigenschaften annimmt. In derBegriffswelt des täglichen Lebens wäre das inetwa so, als hätte jemand, der einmal um seineAchse herumgedreht wird, sein Herz spiegel-verkehrt auf der rechten Körperseite und würdees erst nach nochmaliger Rotation wieder anseiner ursprünglichen Position auffinden. Abb.2 zeigt das beobachtete Interferenzmuster die-ses mittlerweile in alle einschlägigen Lehrbü-cher aufgenommenen Experiments. Bis zumheutigen Tag hat sich die Perfektkristall-Neu-troneninterferometrie als geradezu ideale Me-thode behauptet, zentrale Prinzipien der Quan-tenmechanik sozusagen auf den Prüfstand zustellen, und es dürfte sich in dieser Hinsicht anihrer überragenden Bedeutung auch auf abseh-bare Zeit nichts ändern.

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Eindeutig weniger grundlagen- als anwen-dungsorintiert ist hingegen die ultrahochauflö-sende Neutronenkleinwinkel-Kamera, bei derdie zu untersuchende Probe in den Strahlen-gang zwischen zwei zueinander parallelorientierten Perfektkristallen gestellt wird.Aufgrund der extrem geringen Reflexionsbreitevon Idealkristallen lassen sich damit noch Beu-gungswinkel von weniger als einer Bogense-kunde auflösen, was für thermische Neutroneneinem Impulsübertrag von etwa 10 Å ent-spricht. Auf den Ortsraum übertragen bedeutetdies, daß die Beugung an Strukturen bis heraufin den Mikrometerbereich nachweisbar ist. ImGegensatz zur Beugung von Licht oder Rönt-genstrahlen ist damit aber auch ein „Blick” indas Innere massiver Proben möglich, wobeiman sich noch dazu der ausschließlich Neutro-nen vorbehaltenen Möglichkeiten der soge-nannten Kontrastvariation bedienen kann, bei

-5 -1

welcher nur die tatsächlich interessierendenStrukturen gezielt auswählbar sind und alleanderen, mitunter störenden, Beiträge unter-drückt werden. Abb. 3. zeigt das Beugungsmu-ster eines technologisch relevanten Siliziumgit-ters mit einer Periodizität von wenigen Mikro-metern. Charakteristisch für diese Untersu-chungen ist, daß Bereiche von der Größenord-nung von Zehntelmillimetern kohärent zur Ent-stehung dieses Beugungsbildes beitragen.Beim Neutronenresonator wiederum handelt essich um ein völlig neues neutronenoptischesBauelement mit vielfachen potentiellen Ein-satzmöglichkeiten vor allem an gepulsten Neu-tronenquellen, das die temporäre Speicherungintensiver Neutronenpulse durch Vielfach-Rückreflexion zwischen zwei Si-Pefektkristal-len gestattet. Zur Füllung und nachfolgendenkontrollierten Entleerung eines solchen Reso-nators sind allerdings zeitlich genau synchroni-sierte (starke) Magnetfeldpulse erforderlich,was zwangsläufig einen nicht unbeträchtlichenelektrotechnischen Aufwand impliziert.Mittlerweile ist es bereits gelungen, bis zu 2500Hin- und Rückreflexionen der eingefangenenNeutronen zu beobachten, was die hohe Quali-tät der in der Neutronenoptik eingesetzten Per-fektkristallkomponenten unterstreicht. Auf ei-nem Experimentierbereich von etwas mehr als1 Meter Länge können so Untersuchungendurchgeführt werden, für die andernfalls meh-rere Kilometer lange Neutronenflugstreckenzur Verfügung gestellt werden müßten.

Gerald Badurek, Erwin Jericha, Helmut Rauch

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INTERFEROMETER

optical bench

Monochromatoren

Shutter

PolarisationsprismaNEUTRONEN RESONATOR

SYSTEM

Abs

chir

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bsch

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Neutronenleiter

ULTRA-KLEINWINKEL

PERFEKTKRISTALL-KAMERA

0 1 2 3 4 m

Abb. 1. Der im Reinraumbereich der AUSTRON Experi-mentierhalle geplante Neutronen- und Quantenoptikmeß-platz umfaßt in seiner ersten Ausbaustufe drei verschiedeneExperimente, bei denen Perfektkristalle aus Silizium einezentrale Rolle einnehmen. (Das abgebildete schiefsymme-trische Interferometer mit geteilter zweiter Kristallplattehat den Vorteil eines parallelen Strahlengangs im Vergleichzur Standard Mach-Zehnder Geometrie.)

Abb. 2. „Historisches” Neutroneninterferenzexperiment,mit dem der erstmalige experimentelle Nachweis gelang,daß ein Fermiteilchen tatsächlich zweimal herumgedrehtwerden muß, um wieder seinen ursprünglichen Zustand zuerreichen (Rauch ., 1975).et al

Abb. 3. Mit einer Ultra-Kleinwinkel Kamera erhaltenesNeutronenbeugungsbild eines Siliziumgitters und Raster-elektronenmikroskopaufnahmen des gleichen Gitters.

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Gemessenes StreubildBerechnetes Streubild-1

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Vorderseite Rückseite

Rasterelektronenmikroskopaufnahmen des Si-Gitters.

~ 4 m!

Kühlwasserführende Schicht

Wärme verteilendeSchicht

Targetmaterial

Elliptisches Strahlprofil

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Spallations-Targets

Nachdem das Prinzip einer Spallationsneutro-nenquelle bereits in Heft 1 von

erläutert wurde, soll nun in diesem Beitrag etwas näher auf das Herzstück der An-lage, nämlich das Spallationstarget eingegan-gen werden.Neutronen, die als Sonden für die Untersu-chung der Materie von überragender Bedeu-tung sind, kommen in der Natur als freie Teil-chen nicht vor. Sie müssen aus den Atomkernen freigesetzt werden. Im Spallationsprozeß ge-schieht dies durch Beschuß mit Teilchen, zu-meist Protonen, die zuvor auf genügend hohe Energien beschleunigt wurden. Im Fall von AUSTRON wird diese Energie einer durchlau-fenen Spannung von 1.6 Milliarden Volt ent-sprechen. Da im Mittel nur eine Energie erfor-derlich ist, die einer durchlaufenen Spannung von etwa 10 Millionen Volt entspricht, um ein Neutron aus einem Atomkern herauszuschla-gen, kann jedes eintreffende �„Geschoßteil-chen�” theoretisch eine größere Anzahl Neutro-nen freisetzen. Wie viele das genau sind, hängt unter anderem von der Masse des getroffenen Atomkerns ab, wobei um so mehr Neutronen freigesetzt werden, je schwerer der Targetkern ist. (Man spricht hier von Target , dem engli-schen Wort für Ziel, weil buchstäblich mit den Geschoßteilchen auf die schweren Kerne ge-zielt wird.) Leider wird beim Spallationsprozeß nicht alle Energie der Geschoßteilchen zur Frei-setzung von Neutronen aufgewendet; es wer-den noch circa 60% der eingeschossenen Teil-chenenergie in Wärme umgesetzt. Diese muß aus dem Target weggekühlt werden. Aus dieser Notwendigkeit ergibt sich nun ein weiteres wichtiges Kriterium bei der Wahl des Targetma-terials und der Targetform: Da die Kerne mög-lichst schwer sein sollen und extrem teuere Ele-mente wie Gold, Platin, Iridium und Osmium ausscheiden, kommen im wesentlichen die Ele-mente Tantal, Wolfram, Quecksilber, Blei und Wismut mit den atomaren Massenzahlen 181, 184, 200, 207 und 209 in Frage. Diese haben aber sehr unterschiedliche mechanische und thermische Eigenschaften. Während Wolfram und Tantal mit

AUSTRON Quarterly

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Schmelzpunkten von über 3000 °C ganz besonders temperaturfest sind, ist Quecksilber bereits bei Raumtemperatur flüs-sig und Blei und Wismut schmelzen bei 327 bzw. 271 °C und haben bereits bei 100 °C keine gute mechanische Festigkeit mehr. Schon hier wird deutlich, daß es eine Vielzahl von Möglich-keiten gibt, wie ein Spallationstarget aufgebaut sein kann. In die Entscheidung gehen natürlich eine Reihe von Faktoren ein, wie das Leistungs-niveau, auf dem die Neutronenquelle betrieben

werden soll, die Art der Quelle (gepulst oder kontinuierlich), und anderes mehr.Es leuchtet leicht ein, daß für sehr hohe abzu-führende Leistungen, im Bereich einiger Mega-watt und mehr, ein Target aus flüssigem Metall besonders geeignet ist, weil hier die Wärme mit dem Targetmaterial transportiert und an einer Stelle an das Kühlmittel übertragen werden kann, an der genügend Platz für einen Wärme-tauscher zur Verfügung steht. Bei aller Vielfalt der Gestaltungsmöglichkeiten ist nämlich ein kompaktes Target in jedem Fall erstrebenswert,

Abbildung 1: Teilschnittdarstellung des für die ESS projek-tierten Flüssigmetalltargets. Das Quecksilber strömt durch zwei seitliche und einen unteren Kanal in die Reaktions-zone, wo es sich erwärmt und durch den zentralen Kanal zum Wärmetauscher zurück fließt.

Abbildung 2: Das Targetmodul von SINQ. Im Betrieb ist das Modul von einer Hülle umgeben, in der das Kühlwasser nach vorne strömt. Die Rückführung erfolgt zwischen den Stäben des Moduls, wodurch eine Leistung von 1 MW abge-führt werden kann.

Abbildung 3: Konzept des flachen, kompakten AUSTRON Targets. Durch Beschränkung der Kühlung auf die Oberflä-che des Targets werden die Nachteile vermieden, die sich aus der Gegenwart von Wasser im Targetvolumen ergeben. Bezüglich der Gestaltung der Wärmeübertragungsschicht ist allerdings noch Entwicklungsarbeit zu leisten.

Kühlwasserführende Schicht

Wärme verteilendeSchicht

Targetmaterial

Elliptisches Strahlprofil

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weil dann die Neutronen auf engem Raum er-zeugt werden und sich so in einem Moderator inder Nähe des Targets ein besonders hoher Flußan thermischen oder kalten Neutronen erzeu-gen läßt. Aus diesem Grunde wurde für das Pro-jekt der Europäischen Spallationsneutronen-quelle (ESS) das in Abb. 1 dargestellte Flüssig-metalltarget projektiert, das mit Quecksilberbetrieben werden und in der Lage sein soll,einen Protonenstrahl mit einer Leistung von 5Megawatt aufzunehmen. Dies ist jedoch nochZukunftsmusik und erfordert erheblichen Ent-wicklungsaufwand, an dem allerdings in denUSA intensiv gearbeitet wird, nachdem dort dieEntscheidung gefällt wurde, für das neue SNS-Projekt (2MW) in Oak Ridge das gleiche Target-konzept zu realisieren.Im Gegensatz dazu benutzen alle bestehendenSpallationsneutronenquellen Feststofftargets,die mit (schwerem) Wasser gekühlt werden. Beiden gepulsten Quellen ISIS (160 kW, Ruther-ford Laboratory, UK) MLNSC (80 kW, Los Ala-mos, USA) und IPNS (7 kW, Argonne, USA)sind diese aus Platten unterschiedlicher Dickeaufgebaut. Das Target der derzeit weltweitstärksten Neutronenquelle, SINQ (1 MW, PaulScherrer Institut in der Schweiz) besteht aus ca.400 Stäben von 1 cm Durchmesser, die vomKühlwasser quer angeströmt werden (Abb. 2),wodurch zwar eine große Wärmeleistung abge-führt werden kann, was aber gleichzeitig zu ei-ner stärkeren Verdünnung des Targetmaterialsführt. Nachteilig bei all diesen Konzepten istauch, daß das Kühlwasser vom Protonenstrahldurchsetzt wird, was zu einer unangenehmenAktivierung der Kühlkreisläufe durch Spallati-onsprodukte des Sauerstoffs im Wasser führt.Sowohl dieser Nachteil, als auch die Verdün-nung des Targetmaterials wird bei dem Targetder kleinsten Spallationsneutronenquelle,KENS (3 kW, Tsukuba, Japan), vermieden, dieein kompaktes, oberflächengekühltes Targetverwendet und damit einen vergleichsweiseungewöhnlich hohen Neutronenfluß in ihrenModeratoren erzielt.Im Fall des AUSTRON-Targets (Abb. 3), das ur-sprünglich für eine Strahlleistung von 150 kWkonzipiert wurde, soll versucht werden, dieseVorteile des Kompakttargets zu nutzen, obwohldie Leistung mit nunmehr 500 kW bereits sehrhoch liegt. Das bedingt natürlich einige beson-dere Maßnahmen, deren Machbarkeit noch imeinzelnen nachzuweisen ist. Insbesondere wer-den die Betriebstemperaturen im Zentrum desTargets sehr hoch werden, weshalb als Target-material eine Wolfram-Rheniumlegierung vor-gesehen ist, die sich neben einer guten Neutro-nenausbeute auch durch extreme Temperatur-festigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit auszei-

chnet. Der Wärmeübergang an das Kühlwassermuß zudem sehr intensiv und gleichmäßig überdie ganze Fläche verteilt sein. Hierzu werdenneben der neutronisch günstigen flachen Tar-getgeometrie und einem elliptischen Strahlpro-fil noch einige technische Maßnahmen zu ent-wickeln und zu erproben sein. Es muß aller-dings betont werden, daß es sich hier nur umOptimierungsfragen handelt; die grundsätzli-che Machbarkeit eines Feststofftargets für eineStrahlleistung von 500 kW steht außer Frage,wie das Beispiel der bestehenden Spallations-neutronenquellen zeigt.

The SNS is currently the US Department ofEnergy's largest accelerator construction pro-ject, and is being carried out by a partnership offive DOE National Laboratories for building theworld's most powerful accelerator-based pulsedspallation source. At its planned 2 MW operat-ing level, it will produce neutron fluxes at least afactor of ten greater than Rutherford AppletonLaboratory's ISIS, currently the world's leadingspallation source. The current design of theSNS, shown in Figure 1, calls for a full-energy(1 GeV) linac delivering 1 ms pulses to an Accu-mulator Ring which compresses these into 600ns proton pulses that strike a liquid mercury tar-get at a 60 Hz rate. Room-temperature and cryo-genic moderators produce beams of slow neu-trons suitable for materials research with an ini-tial suite of at least 10 neutron-scattering instru-ments. Table 1 summarizes the basic parame-ters for the baseline design.

Günter S. BauerPaul Scherrer Institut

The Spallation Neutron Source(SNS) Project

Table 1. SNS Baseline Design Parameters.

Beam Species on Target Protons

Proton Beam Energy 1 GeV

Average Beam Power 2 MW

Pulse Repetition Rate 60 Hz

Linac Pulse Length 1 ms

Turns Injected in Ring 1200

Particles Stored in Ring/pulse 2 ! 1014

Pulse Width on Target 600 ns

Instantaneous Current on Target " 60 A

Instantaneous Power on Target " 60 GW

Target Material Flowing Mercury

Moderators, Ambient Temp 2 (water)

Moderators, Cryogenic 2 (Supercritical H2)

Neutron Beamlines #18

Uncontrolled Beam Loss < 1 watt/meter

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The system designs make use of mature techno-logies operating very close to tested regimes.R&D programs have been ongoing for severalyears now to extend and validate those areaswhere performance levels have not yet beendemonstrated. A particular challenge is to meetthe very stringent uncontrolled beam-loss spec-ification, which has required detailed under-standing of beam-loss mechanisms, and appli-cation of physics and engineering designs toprevent loss. The design team is confident thatthe systems described in the following para-graphs will fully meet the required performancegoals.The Lawrence Berkeley National Laboratory(LBNL) team is responsible for the beam forma-tion, and the first part of the accelerating sys-tem. Their design calls for producing a 70 mA,1 ms H pulsed beam in a volume-type rf-dis-charge source, bunching and accelerating thisbeam in an RFQ to an energy of 2.5 MeV, andchopping it into 550 ns “mini-pulses” (with 300ns gaps between them) suitable for lossless ex-traction from the Accumulator Ring.R&D results to date are close to demonstratingthe required beam-current levels and havesolved the problem of separation of electronsextracted from the source along with the Hions. The first production units are currentlybeing assembled, a fully-operating system willbe running at a test site in about a year's time.The Los Alamos National Laboratory (LANL)team is responsible for the chain of linacs re-quired to accelerate the beam to the full energyof 1 GeV. The current baseline design consists ofa DTL (Alvarez-type Drift-Tube Linac) between2.5 MeV and 20 MeV, a CCDTL (Coupled-CavityDrift-Tube Linac) up to 85 MeV followed by aCCL (Coupled-Cavity Linac) to take the beamthe rest of the way to 1 GeV. The configurationof this linac system is based on the very success-ful LAMPF (now LANSCE) design, with a fewenhancements from lessons learned over thelong experience base with this accelerator, par-ticularly as to careful matching of beam param-eters between the various linac sections. A re-evaluation is currently ongoing regarding theadvisability of using the CCDTL structure, ow-ing to changed project priorities (elimination offunneling option) as well as some unexpectedengineering difficulties with a test section. A de-cision in this matter has been expected beforethe end of 1999. Meanwhile, design activitiesare continuing, and procurements for klystronsand structure components are expected to be-gin in 2000.As a parallel activity, a serious evaluation isbeing conducted on the potential advantages ofreplacing the normal-conducting high-energy

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portion of the linac (above around 200 MeV)with a superconducting structure. Recent ad-vances for TESLA at DESY have addressedsome of the technical issues associated with ap-plication of this technology for pulsed linacs,but other issues associated with operational re-liability and details of rf systems, as well as costand schedule compatibilities with the overallproject, are still being evaluated. A decision hasbeen expected by mid December 1999.The Brookhaven National Laboratory team isbuilding the Accumulator Ring that providesthe pulse-compression (current amplification),and the high-energy transport lines connectingthis ring with the linac and the target. Beam isshaped, collimated and conditioned in the firsttransport line (the HEBT, or High Energy BeamTransport line) for optimum injection into thering; the aim being to minimize beam loss in thering, and allow for efficient and controlledstacking of the 1200 turns accumulated duringthe injection process. A 90° achromatic bendingsection is provided in the HEBT for momentumselection and cleaning. Beam is passed througha 300 g/cm carbon foil, in which the two elec-trons are stripped from the H beam, and the re-sulting protons join beam already circulating inthe ring. The foil is supported by thin carbonfibers with free edges so the stacking or“painting” process can allow for smoothly mov-ing the orbit of the circulating beam away fromthe foil in both horizontal and vertical planes.The painting process is accomplished with pro-grammed bump magnets, allowing the beamdistribution in the ring to be tailored to mini-mize the number of times the beam traversesthe foil, and to optimize the distribution of thebeam for space-charge and density-uniformityconsiderations.The ring has four straight sections, connectedby four 90° achromatic bending arcs. Eachstraight has a particular function: injection,cleanup and collimation, rf and extraction. Thecollimation section is designed to provide a lo-cation where beam that is outside of acceptableparameters can be deposited in a controlledfashion, and thus minimize the uncontrolled ac-tivation of the ring components and tunnel. It isanticipated that this cleanup will account forless than two percent of the beam, and will playa key role in keeping the “uncontrolled” loss(beam deposited in non-shielded areas of theaccelerator) to the budgeted 1 watt/meter (ap-proximately 0.01%).The rf system runs at a fundamental “1harmonic” frequency (at the basic beam-circu-lation frequency, so there is only one bunch inthe ring). A small component at twice the fre-quency serves to flatten the longitudinal distri-

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Figure 1. Schematic layout of SNS

bution. A prime purpose of the rf system is tokeep the beam well bunched, preserving the“gap” of about 300 ns (about 35% of the circum-ference) introduced by the low-energy beam-chopping system. This chopping system pro-duces a chain of 1200 “mini-pulses” that aresynchronized with the ring-circulation frequen-cy, so the gaps all line up during injection.Again, the purpose of this gap is to allow theextraction kicker magnet (which has about a200 ns risetime) to complete its transition be-tween “off” state and “on” state with no beampresent. (Any beam in the magnet during thistransition would be lost on the septum, causingunacceptable activation and component dam-age.)After the full complement of turns is injected in-to the ring, the fast kicker ejects the entire load(in a single turn) and sends it through the RTBT(Ring-to-Target Beam Transport) line to the tar-get.The Oak Ridge National Laboratory team is de-signing the target, moderator and neutrontransport systems. Located inside a 6-meter ra-dius block of concrete and steel, these systemsconvert the 2 MW of proton beam power intovery high fluxes of thermal and slow neutrons,which are transported through the 18 neutronbeam channels to the scattering instruments.Liquid mercury is used as the target, flowing ata rate of 1.5 m/s through the target vessel. Atthis rate, the 2 MW of beam power causes only a30 °C temperature rise. Liquid metal offers nu-merous advantages for high-power targets, in-cluding mitigation of shock problems, reduc-tion of waste-streams for spent targets (thecharge of mercury, about 1.5 cubic meters, isexpected to last throughout the entire life of thefacility), and minimizing of decay heat in theevent of a system shutdown, since the activationis spread throughout the entire liquid volumeinstead of concentrated in the actual area wherethe beam stops.R&D activities focus on operation of flowingloops, corrosive effects, beam-shock measure-

ments and modeling, and radiation effects. Inthese regards, there are substantial interactionsbetween the SNS target group and ongoing ac-tivities in Japan and Europe.Instruments for neutron scattering are beingdeveloped by a consortium centered at the IPNSat the Argonne National Laboratory, with jointORNL-ANL management. To make best use ofthe very high fluxes that will be available at theSNS, a strong emphasis has been placed on in-novative designs and new technology for detec-tors and instrument concepts. As a result, in-strument types and performance requirementsare being specified, but the detailed designs arebeing coupled closely with carefully-designedR&D activities to ensure that each of the 10 in-struments expected to be on-line at the start ofoperation are truly world-class.The 35 hectares required for the SNS site fitvery comfortably on the Oak Ridge Reservationjust outside of Knoxville, Tennessee; a newcomplex will be constructed on Chestnut Ridgelocated about 2 km north-east of the Oak RidgeNational Laboratory. Approval to begin con-struction has just been granted by the Depart-ment of Energy, and site-preparation work willcommence in early 2000. The total cost of theproject is 1360 million US dollars, and firstbeams will be delivered at the end of December,2005.

Das Institut für Hochenergiephysik der Öster-reichischen Akademie der Wissenschaften hatsich bei der

(IGA, österr. Vertreter: M. Regler) der Euro-päischen Physikalischen Gesellschft (EPS) er-folgreich um die Durchführung der EPAC 2000beworben. Bei der Entscheidung durch die IGAspielt neben geographischer Ausgewogenheitund entsprechendem Ansehen des sich bewerb-enden Instituts auch eine entscheidende Rolle,ob das Land des Bewerbers die Realisierungeines Forschungszentrumsplant.Es werden 700 bis 800 Teilnehmer aus aller Welterwartet. Natürlich ist das Programm einer sol-chen Konferenz ausgewogen zu gestalten, dochgibt es für die lokale „Szene” einen kleinen Bo-nus. So findet ein über das

Jose R. AlonsoLawrence Berkely National Laboratory

Interdivisional Group of Accelera-tors

Accelerator-based-

Invited Talk Rapid

AUSTRON auf der EuropeanParticle Accelerator Conference

(EPAC) 2000(Austria Center Vienna,

26. bis 30. Juni 2000)

11

Cycling Synchrotron

Proton IonMedical Machine Study

Session Organisers

Session

Meinhard Regler

und den Speicherring vonAUSTRON statt, ferner ein Vortrag über Spalla-tionsquellen in der Anwendung; und natürlichdarf ein Vortrag über Medizinische Beschleuni-ger (Synchrotrons für Kohlenstoffkerne, Zyklo-trons und Gantries) nicht fehlen. (Auch auf denUmweltbeschleuniger VERA wurde nicht ver-gessen.)Ganz offiziell ist der Verein AUSTRON als „Aus-steller” auf der EPAC 2000 vertreten. Auf einemgemeinsamen Stand mit der Gruppe

bei CERN werden dieAUSTRON-Beschleuniger nochmals vorge-stellt. Dabei wird auch neu entwickelte Be-schleuniger-Software demonstriert sowie einVideo über die Riesenradgantry gezeigt, dasauch dem letzten Zweifler zeigen soll, daß derPatient weder im Freien hängt noch durch dieGegend rotiert wird.Beim nachfolgenden Meeting am 1. Juli überMedizinbeschleuniger an der Technischen Uni-versität Wien (Freihaus, Wiedner Hauptstraße8-10) ist der Verein AUSTRON Mitveranstalter( sind J. Aiginger, M. Bene-dikt, M. Regler). Neben den Elektronlinearbe-schleunigern in der konventionellen Therapiewerden die Meriten von Zyklotrons und Syn-chrotrons in der Radiotherapie vorgetragen.Schließlich gibt es noch eine über Isoto-penerzeugung und abschließend über Gantriesfür Kohlenstoffkerne.Das Meeting richtet sich nicht nur an Beschleu-nigerphysiker, sondern auch an Medizinphysi-ker und Ärzte. Es werden Vortragende nicht nuraus Europa, sondern auch aus den USA und Ja-pan erwartet, so daß man sich innerhalb einesTages über den weltweiten Stand der Telethera-pie mit Ionen informieren kann.Für Teinehmer an der EPAC, für Spitalsangehö-rige sowie für individuelle Mitglieder des Ver-eins AUSTRON ist die Teilnahme kostenlos(vorherige Registrierung ist in jedem Fall erfor-derlich).Anmeldungen für das Meeting über „MedicalAccelerators” schriftlich an M. Regler, Institutfür Hochenergiephysik der ÖAW, Nikolsdor-fergasse 18, 1050 Wien, oder mittels Email an:

' 'Kalina@hephy.oeaw.ac.at

Die Frühgeschichte vonAUSTRON

Nach einigen internen Skizzen wurdeAUSTRON erstmals am 20. April 1990 vor ei-nem internationalen Forum - der Arbeitstagungdes „Restricted European Committee of FutureAccelarators” (RECFA) an der ÖAW - vorge-stellt:

Diese Präsentation basierte im wesentlichenauf den Berichten (1) und (2).

Schaffung eines interdisziplinären For-schungszentrums für Bereiche der Grundla-gen- und angewandten Forschung, die derzeitin der Praxis nicht in Österreich, sondern nurim Ausland durchgeführt werden können;Förderung der Entwicklung von Hochtechno-logie auf den Gebieten der Mikroelektronikund Datenverarbeitung durch Zusammenar-beit mit der Industrie in den beteiligten Län-dern sowie in Westeuropa, den USA und Ja-pan;dabei Berücksichtigung der politischen Neu-ordnung in unseren Nachbarländern, die Wienplötzlich wieder in die Mitte Europas gerückthat.

a)„Synchrotron-Strahlungsquelle” (SSQ) mit„Wigglern” und „Undulatoren” - ein Instrumentfür Strukturuntersuchungen;

b)„Tau-Charm-Fabrik” (TCF) oder „Beauty-Fa-brik” zur Erzeugung von t-Leptonen und Me-sonen mit c- bzw. b-Quark;

c)alternative Nutzung eines der beiden Tandem-Ringe (1) als Proton-Synchrotron für ein ru-hendes Target.

Nach der RECFA-Arbeitstagung erfolgte dieGründung derdurch (Gene-ralsekretär) und (Vorsitzender).

Die Entscheidung für eineerfolgte im April1991 bei

einer Tagung der „Working Group on Scienceand Technology” der „Central European Initia-tive” (CEI - ursprüngliche Bezeichnungen „Pen-tagonale” bzw. „Hexagonale”) in Bratislava.Dieses Konzept wurde im Oktober 1991 auf ei-nem Workshop bei CERN (organisiert von

) vertieft. Schon im

.

O. Hittmair, W. Kummer, M. ReglerP. Skalicky

M.Regler und C. Rubbia

Die Grundideen waren schon damals

Die angepeilten Forschungsgebiete waren:

AUSTRON-Studiengruppe

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M. Regler: „Project for an international broad-

field research and high-tech centre in Austria -

AUSTRON”

Festkörperphysik und Biologie:

Hochenergie- und Mittelenergiephysik:

Kernphysik und Medizinische Physik:

„Neutronen-Spalla-tionsquelle” (NSQ)

Siehe dazu auch die WWW-Adressen der EPAC 2000http://www.cern.ch/epac/Vienna/

http://info.tuwien.ac.at/austron/

und des VEREIN AUSTRON:

Frühjahr davor wurde von M. Regler

K. Hübner

Winfried Mitaroff und Meinhard Regler

(beeinflußtdurch die „EULIMA-Studie” der EU undDiskussionen mit ) die Idee eines

zur Diskussion gestellt.Ein wichtiger Meilenstein war schließlich dieHerausgabe eines „Conceptual Design Report”(des sogenannten „Green Book”) durch die Stu-diengruppe (3).

Die weitere Entwicklung wurde bereits in ei-nem früheren Artikel in Ausgabe 1 (III/99) dar-gestellt (4).

Mit der Festlegung eines konkreten Zeitplanesund den laufenden Internationalisierungsge-sprächen wird es für die heimische Wirtschaftzunehmend interessanter, sich mit dem potenti-ellen Nutzen auseinanderzusetzen. Vier Berei-che stehen im Vordergrund:

Das Auftragsvolumen für Bau und AusbauZulieferung in der BetriebsphaseForschungspotential - Einfluß auf industriel-

le ForschungDer finanzielle Rückfluß in das Sitzland

In seiner Einleitung legtedie unübliche Vorgangsweise für das

Projekt AUSTRON dar. (Festlegung des Stand-orts Österreich und spätere Suche nach europä-ischer Beteiligung.) Obwohl die Anerkennungdes Projekts durch die europäische SientificCommunity sehr weit fortgeschritten ist, er-weist sich die Suche nach materieller Beteili-gung als zäh und schwierig. Besonderen Danksprach Rektor Skalicky „AUSTRON - Botschaf-ter” Peter Jankowitsch aus, der in mehrerenSondierungsrunden im europäischen Auslandum eine nichtösterreichische Beteiligungs-mehrheit wirbt. Die Realisierungschance er-scheint im jetztigen Stadium wesentlich glaub-hafter. Ein Scheitern der Bemühungen würdeeinen Mißerfolg der gesamten österreichischenScientific Community darstellen.

Botschafter legte eine Zwi-

Leichtionen-Beschleunigers für dieKrebstherapie

Eine Veranstaltung der Wirtschaftskammervom 30. November 1999.

Rektor PeterSkalicky

Peter Jankowitsch

ReferenzenAUSTRON (Vers. I) - symmetric psilon

ynchrotron andem ing with ption for uclear Physics

AUSTRON (Vers. II) -dvanced ndulator- ynchrotron and au-Charm ing

with ption for t- eutrinosAUSTRON - Interdisciplin-

ary Research Centre

(1) M. Regler, ""

(22.3.1990).(2) M. Regler and W. Mitaroff, "

" (26.3.1990).(3) H. Aiginger et al. (editors), "

" (revised version, January 1992).(4) http://www.ati.ac.at/austron/aq1/page13.html

A US T R O N

A U S T RO N

AUSTRON - Realität fürÖsterreich?

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schenbilanz seiner bis jetzt erfolgreich verlau-fenen Internationalisierungsbemühungen dar.Die Auswahl des Projekts durch die EuropeanScience Foundation ( ) zeichnet AUSTRONals Integrationsprojekt der östlichen EU-Bei-trittskandidaten aus. Als erster Schritt einerEinbindung der osteuropäischen Staaten eignetsich AUSTRON als regionales Zentrum. EU-wissenschaftspolitisch erfüllt AUSTRON volldie Ziele des 5. Rahmenprogramms. Diese sindu.a.:

1. Die Erhaltung der Führungsrolle in der Neu-tronenforschung in Europa.

2. Schließung des durch Abschaltung von For-schungsreaktoren in Europa entstehendenNeutronengaps.

3. Reduzierung des Ungleichgewichts bei For-schungseinrichtungen zwischen Ost- undWesteuropa.

Die Beitrittskandidaten lassen sich folgender-maßen klassifizieren:

Die ost- und mitteleuropäischen Staatenkönnten ein Drittel der Errichtungskostenaufbringen.Von den EU-Staaten bekundet vor allemItalien massives Interesse an einer substanti-ellen finanziellen Beteiligung. Frankreichund Deutschland haben ihr Interesse bekun-det aber noch keine konkreten Finanzie-rungszusagen ausgesprochen. Interessanterscheint eine Kooperation mit Bayern unddem Forschungsreaktor München FRM II alskomplimentär-stationäre Neutronenquelle.Ebenso haben Spanien und Finnland ihr In-teresse bekundet.Europäische Kommission: Das Subsidiari-tätsprinzip verbietet eine direkte Beteiligungan den Errichtungskosten, erlaubt aber eineBeteiligung an den operativen Kosten undoperationalen Projektkosten.Die Schweiz bekundet seit langem ihr Inter-esse, stellt aber erst einen späteren Beitritt inAussicht, da ihre 4-jährigen Rahmenkreditebereits in Projekten (z.B. SLS) disponiertsind.Neue Beteiligungssignale kommen aus Isra-el und der Türkei.

Die Arbeit in zwei ministeriellen Arbeitsgrup-pen wird sich noch bis Frühjahr intensiv mit denorganisatorischen und juristischen Problemeneiner solchen Anlage beschäftigen (z.B. ModellCERN: Organisation und rechtliche Konstrukti-on + weitere privatrechtliche Eigenschaften).Jankowitsch erwähnte auch die Außenhandels-stellen als engagierte Werber im europäischenAusland. Er bestätigte weiterhin den Finanzie-rungswillen der österreichischen Regierung inder Höhe von einem Drittel der gesamten Er-richtungskosten.

entwarf ein Szenario zurmöglichen Industrieforschung. Nach einfüh-

ESF

Prof. Helmut Rauch

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renden kernphysikalischen Grundlagen derNeutronenwechselwirkung mit Materie legte ersein Schwergewicht auf die Untersuchung vonStruktur und Dynamik von Werkstoffen undSubstanzen aller Art. Die Neutronentomogra-phie als maßgeschneidertes Werkzeug zur Un-tersuchung von Elementen des Ingenieurs- undKonstruktionswesens (Torsionskräfte, Residu-alspannung, Lebensdauer von Werkstoffen). Inder Molekularbiologie mit Hilfe der Kleinwin-kelstreuung Entschlüsselung von Proteinenund Zellstrukturen (Faltung und Topologie vonProteinen, Entschlüsselung von viraler DNSmaßgeschneidertes Drugdesign neuer pharma-zeutischer Wirkstoffe). Weiters stellte Profes-sor Rauch die Bedeutung von Oberflächen- undspeziellen fraktalen Strukturen für Transport-und katalytische Prozesse dar (Brennstoff-zellentechnologie, detaillierte Exploration vonErdöl- und Erzlagerstätten). Von besondererBedeutung ist die Arbeit an den Experimentenin Kleingruppen (Gruppen von 3-10 Personen)die an mehreren Instrumenten simultan experi-mentieren. Daraus folgt die mögliche Koopera-tion mit Industriefirmen und der erleichterteTechnologie- und Wissenstransfer.

In seiner Ausführung bestätigteden hohen Standard der österreichi-

schen Krebsgrundversorgung. Dennoch gehenein Drittel der Todesfälle auf das Versagen einerlokalen Tumorkontrolle (Metastasierung) zu-rück. Bei der klassischen Strahlentherapie tre-ten starke Belastungen des Gewebes und kriti-scher Organe auf. Bei der Protonen- und Koh-lenstoffionentherapie wird das Dosismaximummit hoher Präzision im Tumor plaziert und dasumliegende Gewebe bleibt verschont. Die Ko-sten einer Strahlentherapie mit Leichtionensind gegenüber klassischer Strahlentherapieetwas höher, gegenüber einer klassischen Che-motherapie als deutlich geringer anzusetzen.Die höheren Kosten scheinen aus volkswirt-schaftlicher Sicht gerechtfertigt, da auch Hei-lung radioresistenter Tumore möglich ist. Med-AUSTRON würde als regionales Behandlungs-zentrum hohe Umwegrentabilität aufweisen.Faktoren sind Krankentourismus, wissen-schaftlicher Konferenztourismus und Rehabili-tationsaufenthalte.

Sektionschef begann seineAusführung mit der kritischen Frage „Was trautman sich in Österreich zu …?”. Er wies auf dienegative Forschungszahlungsbilanz Öster-reichs hin, die rund 2000 „Scientific Expa-triats”. Diese stellen ein Potential dar, das mit-telfristig nach Österreich zurückzuholen vonhoher Priorität wäre. AUSTRON böte sich dafüraufgrund seiner thematischen Forschungsviel-falt als Nukleus für einen internationalen F&E-Standort an. Er wies noch einmal auf die Euro-päische Forschungspolitik als Bestandteil der

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Prof. RichardPötter

Raoul Kneucker

EU-Integrationspolitik hin. Die Arbeit in denministeriellen Arbeitsgruppen entwickle sichtrotz hoher Komplexität positiv. Auch er bestä-tigte die Bereitschaft der Regierung ein Drittelder Investitionskosten bereitzustellen. Er gingnoch einmal auf die besondere Rolle Deutsch-lands ein, das aufgrund seines Engagements beider europäischen Spallationsquelle (ESS) nochkeine konkreten Beteiligungszusagen machenwollte. AUSTRON böte sich hier als technologi-scher Vorreiter an. Kneucker fordert anschlie-ßend eine kollektive Anstrengung für die Reali-sierung dieser Jahrhundertchance Österreichs.

Der Direktor des Bereichs „Technologie-Trans-fer und Wissenschaftliches Rechnen - CERN”,

, analysierte die wirt-schaftlichen und technischen Impulse einerGroßforschungsanlage für das Sitzland. AlsModellfall verwendete er das Großprojekt LHC.Schwerpunkte waren vor allem der hohe Stan-dard der Ausbildung, der Einkauf von Techno-logien, „Spin-In” und „Spin-Off” von Technolo-gien und die Industrie als Partner. Auch die Ge-nerierung von industriell verwertbaren Paten-ten und Lizenzen wird in Zukunft von zuneh-mender Wichtigkeit sein. Am Beispiel der De-tektorkollaborationen stellte Hoffmann die ge-meinsame Realisierung von „Cutting-Edge-Technologien” dar. Da man sich immer an derGrenze des technisch realisierbaren bewegtoder vollkommenes Neuland betritt, stellt dieZusammenarbeit für die Industrie einen wichti-gen Prozeß des Benchmarkings dar. Die darausentstehende Kompetenz brächte einerseits inden Industriefirmen beachtliche Entwicklungs-vorsprünge gegenüber der Konkurrenz, ande-rerseits böte sich für AUSTRON die Funktionals technologischer Pool und Transferzentrumfür technologische Unternehmugsgründungenan. Diese Hochtechnologieexperimente erwei-sen sich in den meisten Fällen als starke Tech-nologietreiber. Ebenfalls wäre die Organisationund Finanzierung der CERN-Experimente einmögliches Modell für AUSTRON:

Option 1 - 20% Direkte Finanzierung durchdie Forschungsinstitution (das Sitzland),80% der Finazierung durch „In-Kind”-Liefe-rungen aus den MitgliedsländernOption 2 - Ein Mitgliedsland erhält die kom-plette Verantwortung für ein Experiment,wobei hier einer effektiven Kostenrechungund Controlling-Funktion besondere Bedeu-tung zukommen.

Es folgte eine kurze Videodarstellung desAblaufes der Bestrahlung mit der Gantry(Riesenradgantry). Die Arbeiten dazu wurdenvon , einem Dissertanten von

und am CERN durch-geführt.

Hans Falk Hoffmann

DI Reimoser Prof.Sommer Prof. Regler

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Im Anschluß daran fand eine vonlebhaft moderierte Diskussion über Kosten,Auslastung, Flexibilität, Rentabilität einer sol-chen Großforschungsanlage statt.

Besonderer Dank gilt dem Organisator und Ver-anstalter .

Auch im Bereich Med-AUSTRON ist Bewe-gung: Projektleiter Prof. Pötter hat dem Vor-stand die Delegierung der geschäftsführendenProjektleitung an Ltnd. OA. Dr. ThomasAuberger empfohlen (Auberger war bisher Pro-jektmanager). Auberger wird auch die gemein-same Projektgruppe der

(AHTG) und des Vereins AUSTRONkoordinieren. Im Beschleunigerbereich wird diegemeinsame Arbeitsgruppe

(PIMMS) im CERN ihre Arbeitenabschließen (Studienleiter Dr. Phil Bryantarbeitet intensiv an der Abschlußdoku-mentation). Stefan Reimoser wird seine Gan-

Prof. Regler

Dr. Karl Schmiedbauer

Gerhard Petrakovits

Austrian Hadron Ther-apy Group

Proton Ion MedicalMachine Study

Aus dem Verein

Naturgemäß hat das laufende Wintersemestergegenüber den Sommermonaten zu einer ver-ringerten Präsenz der ehrenamtlich arbeiten-den Wissenschafter des Vereins bei internatio-nalen Veranstaltungen geführt. Dennoch sindeinige nette Publikationen vorbereitet worden.Jedenfalls war die gemeinsame Veranstaltungmit der Wirtschaftskammer Österreich (siehevoriger Artikel) ein weiteres deutliches Lebens-zeichen der Vereinstätigkeit. Der Wirtschafts-kammer sei für die großzügige Unterstützungund insbesondere Dr. Karl Schmiedbauer für diehervorragende Zusammenarbeit herzlich ge-dankt.Bzgl. kommender Aktivitäten des Vereins imBeschleunigerbereich siehe auch Seiten 10 & 11.

Im Verein selbst ist einige Bewegung im Gange:

Peter Skalicky möchte als Präsident des Ver-eins auf der nächsten Generalversammlung umEntlastung bitten. Er hat jedoch zugesagt, sichauch weiterhin voll für AUSTRON einzusetzen.Skalicky war seit '90 Vorsitzender derAUSTRON-Studiengruppe (siehe auch Seiten 11& 12) und hat nach Abschluß der Machbarkeits-studie den Verein AUSTRON mitbegründet. Seitder Gründung ist er nun Präsident des Vereins.In seine Funktionsperiode fällt u.a. die Em-pfehlung zur Errichtung von AUSTRON durchdie (ESF) inStraßburg an die Österreichische Bundesregie-rung. Es wird nicht leicht sein, einen kongenia-len Nachfolger zu finden.

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European Science Foundation

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try-Studie diesen Sommer abschließen. Wirsind CERN für die Freistellung des Studienlei-ters, für die Koordinationsarbeit und die Bereit-stellung der Infrastruktur sehr zu Dank ver-pflichtet. Dazu kommt noch die ehrenamtlicheArbeit mehrerer Vereinsmitglieder aus demCERN.Med-AUSTRON wird in Zukunft stärkerauf sich selbst gestellt sein, doch hat HansHoffmann, Direktor für Technologietransfer, ineindeutiger Weise die weitere Sympathie desCERN für Med-AUSTRON signalisiert.Die (überarbeitete) englische Kurzfassung so-wie ein deutschsprachiger Folder stehen in Wie-ner Neustadt vor der Fertigstellung.

Der Verein hat die Freude, sich als Gratulant fürzwei runde Geburtstage einzustellen:

Albert Furrer (ETH Zürich und PSI), der Vor-sitzende unseres

, dem AUSTRON zu großem Dank verpflich-tet ist, hat 1999 das sechzigste Lebensjahr been-det.

Auch Helmut Rauch, der Vorsitzende unseres(nationalen) Wissenschaftlichen Beirates, hatim letzten Jahr das Alter von sechzig Jahrenerreicht. Er kann auch als der Taufpate vonAUSTRON Quarterly angesehen werden.

Die beiden Jubilare verbindet eine nahezu cha-rismatische Überzeugung zur Bedeutung derNeutronenstreuung. Wir gratulieren sehr herz-lich!

Zum Abschluß wieder die Bitte um Unterstüt-zung von AUSTRON Quarterly: Es gibt fürAUSTRON Quarterly keine Unterstützung ausöffentlicher Hand; AQ wird ausschließlichdurch Rücklagen aus Mitgliedsbeiträgen finan-ziert; die Kosten für Redaktion, Druck und Ver-sand übersteigen deutlich die laufenden Ein-nahmen des Vereins.Vielleicht ist das der richtige Platz, um unseremKassier Winfried Mitaroff für zwei Jahre gewis-senhafte und aufopferungsvolle Tätigkeit zudanken. Sie könnten seine Arbeit erleichtern,indem Sie den Mitgliedsbeitrag schon vor „per-sönlicher Einladung” überweisen. Auch unse-rem treuen Schriftführer Martin Schuster mußeinmal gedankt werden.

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International Scientific Coun-cil

M. Regler

Wissenschaftliche Veröffentlichungen

R. Frühwirth, M. Regler,

, HEPHY-PUB 724-99 (to be published)

M.Regler, R. Frühwirth,

, submitted to Nucl. Instr. and Meth. B

S. Reimoser, M. Pavlovic,,

submitted to Nucl. Instr. and Meth. A

On the quantitative model-ling of core and tails of multiple scattering by Gaus-sian mixtures

Efficient Modelling of Multi-ple Scattering for Minimum Ionizing Particles in Tis-sue

Engineering Design andBeam Stability Study of the 'Riesenrad' Ion Gantry

14Einladung zur : Mittwoch, 29. März d.J. um 18h00.Die Tagesordung wird den Vereinsmitgliedern noch zugesandt und kann auch am WWWabgefragt werden.

Generalversammlung 2000" "

AUSTRON QUARTERLY 3 I/2000

Thema der Redaktion

Die PHYSIK-NOBELPREISE 1991 und 1961wurden für Arbeiten auf dem Gebiet der kondensierten Materie vergeben, das auch an der Neu-tronenspallationsquelle AUSTRON eine dominierende Stellung einnehmen wird.

Rudolf Ludwig Mössbauer erhält 1961 den Nobelpreis für Physik (gemeinsam mitRobert Hofstadter) für die Entdeckung jenes Phänomens, das heute nach ihm alsMössbauer-Effekt bezeichnet wird. Dieser Effekt tritt auf, wenn -Quanten vonspeziellen radioaktiven Atomkernen (zum Teil durch Neutronenbestrahlung anNeutronenquellen hergestellt), die starr in ein Kristallgitter eingebunden sind,rückstoßfrei emittiert bzw. absorbiert werden. Damit wurden u.a. Messungen zurBestätigung der allgemeinen Relativitätstheorie durchgeführt. Die Mössbauer-Spektroskopie benützt die Methode der Resonanzabsorption, um sehr kleine Ver-

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schiebungen und Aufspaltungen von Kernniveaus zu messen, die aufgrund der Wechselwirkungmit der elektronischen Umgebung in kondensierter Materie entstehen. Dadurch kann Informa-tion über die Struktur von Festkörpern (oft in Verbindung mit Neutronen- oder Röntgendiffrak-tion) und über deren magnetische Eigenschaften erhalten werden. Anwendungen dieses Effek-tes erstrecken sich z.B. auf Struktur und Dynamik von Biomolekülen, auf Metall-Wasserstoff-Systeme, Katalysatoren, Flüssigkristalle, Halbleiter, Gläser, Prähistorische Keramik und Münzenin der Archäometrie oder goldhaltige Minerale und Erze. In diesem Zusammenhang sei auch spe-ziell auf die komplementären Untersuchungsmethoden mit Neutronen hingewiesen.

Redaktion: Erwin Jericha - Atominstitut - Tel.: (+43-1)58801 14146 - Fax: (+43-1) 58801 14199 - email: jericha@ati.ac.at 15

Pierre-Gillesde GENNES

geb. 24.10.1932Paris

Nobelpreis 1991

1954 D

1958 D

1959 P

1961 P

1971

1976 D

iplôme d'études supérieures àl'École Normale

octorat en physique au Centred'Étude Atomique de Saclay

ostdoctoral visitor with C. Kittel atBerkeley University

rofesseur de physique àl'Université de Paris Sud à Orsay

Chaire de la Matière Condensée auCollège de France

irecteur de l'École Supérieure dePhysique et Chimie Industrielle deParis

Pierre-Gilles de Gennes erhält 1991 den Nobelpreis für Physik für die Entdeckung,daß Methoden, die zum Studium von Ordnungsprozessen in einfachen Systemenentwickelt wurden, verallgemeinert werden können für komplexere Formen derMaterie, im speziellen für Flüssigkristalle und Polymere. Seine weitgestreuten Ar-beitsgebiete umfassen Neutronenstreuung und Magnetismus, supraleitende Mate-rialien, Flüssigkristalle, Polymerphysik, Kolloide und Phänomene an Grenzflächen(wie z.B. Klebestellen). Durch seine Beschreibungen war er in der Lage einen brei-ten Bereich komplexer Phänomene auf wenige einfache Prinzipien zu reduzieren.

Dadurch können Gesetzmäßigkeiten für das Verhalten von Materialien bei Phasenübergängenangegeben werden, insbesondere beim Übergang von geordneten zu ungeordneten Zuständen.Durch seine Analogien verband er das Verhalten von Flüssigkristallen und Supraleitern oder vonPolymerketten in Lösung mit magnetischen Systemen. Die enorme Bedeutung der Flüssigkri-stalle und Polymere in der Industrie unterstreicht die Technologierelevanz dieser Theorien.

Rudolf LudwigMÖSSBAUER

geb. 31.01.1929München

Nobelpreis 1961

1954 Diplom-Ingenieur für Physik an derTechnischen Hochschule München

1955 - 1958 Max-Planck-Institut fürmedizinische Forschung, Heidelberg

1958 Doktorat an der TechnischenHochschule München (bei Prof.Maier-Leibnitz)

1961 Professor of physics at the Califor-nia Institute of Technology, Pasadena

1964 - 1997 Professor für Experimental-physik an der Technischen Hoch-schule / Universität (seit 1970)München

VEREIN AUSTRON

c/o AtominstitutStadionallee 2A-1020 Wien

Fax: (+43 - 1) 588 01 - 141 99

Email: austron@mail.zserv.tuwien.ac.athttp://info.tuwien.ac.at/austron/welcome.html

Als Beiträge für die nächste Ausgabe sind die Themen Stand der Internationalisierung

von AUSTRON Die Meßinstrumente von AUSTRON Neutronenstreuung am ILL -

Komplementarität von stationären und gepulsten Neutronenquellen SINQ Perform-

ance ESS Status-Bericht AUSTRON - Eine Herausforderung an den menschen-

gerechten Industriebau Die AUSTRON Targetstation Med-AUSTRON: Active Scan-

ning Waste Management Aus dem Verein Spezialthema vorgesehen. DieseAusgabe wird voraussichtlich im Mai 2000 erscheinen.

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Targethalle

Synchrotron&

Speicherring

Linearbeschleuniger

Ionenquelle