Entdecken Sie die Geschichte des Universums und entschlüsseln Sie die Zusammensetzung der Dunklen Materie: Mega-Installationen der Wissenschaftsklasse in Russland, die die Wissenschaft verändern
Verschiedenes / / September 28, 2023
Die Einrichtungen der Megascience-Klasse sind leistungsstarke wissenschaftliche Komplexe für grundlegend neue Forschung. Die Idee, so etwas zu schaffen erschien in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. Das Präfix „Mega“ kommt hier nicht von ungefähr: Solche Projekte sind wirklich gigantisch und entstehen mit der Finanzierung und Beteiligung von Spezialisten aus verschiedenen Ländern und Wissenschaftszweigen. Megascience-Strukturen bestehen aus vielen Komponenten: sowohl physischen Objekten wie riesigen Teilchenbeschleunigern oder Teleskopen als auch hochmodernen Informationssystemen zur Datenverarbeitung.
Herausragend ist auch die Aufgabe der Komplexe: Blick in über die Grundlagen der Wissenschaft hinaus und beantworten grundlegende Fragen. Zum Beispiel, um zu verstehen, wie das Universum entstand und ob es Leben außerhalb der Erde gibt. Sie sind aber nicht nur aus wissenschaftlicher Sicht nützlich. Erkenntnisse aus der Forschung sind in der Medizin, Computertechnik und Industrie von Nutzen.
7 Megawissenschaftsinstallationen in Russland
1. PIK-Forschungsreaktor
Projekt dieser Megascience-Klasseninstallation in Gatschina erschien bereits in den 1970er Jahren, nahm aber erst Anfang 2021 seine Arbeit auf. Die Verzögerung war auf den Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl zurückzuführen: Danach wurden ähnliche Komplexe unter Beteiligung eines internationalen Expertengremiums erneut auf Sicherheit getestet. Der Prozess zog sich bis 1991 hin, doch dort trat eine neue Schwierigkeit auf – der Zusammenbruch der UdSSR, wodurch das Projekt für eine Weile völlig eingefroren wurde. In den 2000er Jahren kehrten sie zur Arbeit zurück.
PIK ist ein wassergekühlter Neutronenreaktor. Dies ist die Bezeichnung für Geräte, in denen gewöhnliches Wasser Wärme abführt und Deuterium, auch schweres Wasser genannt, die Kernreaktion verlangsamt. Die Aufgabe der Anlage besteht darin, Neutronen zu erzeugen. Mittlerweile gibt es fünf von 25 Forschungsstationen, die darauf betrieben werden, sodass Wissenschaftler diese Teilchen noch immer nur untersuchen. Das PIK soll bis Ende 2024 vollständig betriebsbereit sein. Dann werden dort Experimente durchgeführt, um Objekte in der Mikrowelt, das Verhalten von Partikeln und Kernreaktionen zu untersuchen sowie neue Materialien zu schaffen, auch für die Biomedizin. Wissenschaftler vorschlagendass mit Hilfe dieser Mega-Wissenschaftsanlage ein neuer Ansatz zur Behandlung von Krebs gefunden werden kann.
2. Collider NICA
Supraleitender Collider in Dubna wurde erstellt für die Kernmaterieforschung. 19 Länder beteiligten sich an der Arbeit daran, und in diesem Jahr soll die Megawissenschaft ihre volle Wirkung entfalten. Mithilfe eines solchen Aufbaus wollen Wissenschaftler verstehen, wie der Urknall zur Entstehung von Protonen und Neutronen führte. Laut Forschern wird der Collider dabei helfen, Quark-Gluon-Plasma wiederherzustellen – das ist ein besonderer Aggregatzustand der Materie in der Teilchenphysik. Es wird angenommen, dass das Universum in den ersten Augenblicken seines Lebens darin lebte.
Quark-Gluon-Plasma wird durch die Kollision von Strahlen verschiedener Teilchen, einschließlich schwerer Ionen niedriger Energie, reproduziert. Die Ergebnisse dieser Experimente im Beschleuniger festhalten Gesendet zwei Versuchsaufbauten: MPD und SPD.
Eine der Aufgaben besteht darin, beim Start von NICA und anderen Mega-Einrichtungen der Wissenschaftsklasse in Russland zu helfen nationales Projekt „Wissenschaft und Universitäten“. Nun ist die Montage aller Schwerlastkomplexe des Landes geplant einzelnes Netzwerk. Neben NICA umfasst es bereits den PIK-Reaktor, die Synchrotronquelle SILA, die russische Photonenquelle RIF, die synchrone Strahlungsquelle KISS-Kurchatov, Ringphotonenquelle SKIF, Prototyp einer gepulsten Neutronenquelle OMEGA sowie das wissenschaftliche und pädagogische medizinische Zentrum „Komplex der Nuklearmedizin“. Megawissenschaftliche Anlagen befinden sich in verschiedenen Regionen des Landes und sollen russischen Wissenschaftlern dabei helfen, Entdeckungen von weltweiter Bedeutung zu machen.
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3. Tokamak T-15MD
Ein Tokamak, auch Ringkammer mit Magnetspulen genannt, ist ein besonderer Reaktortyp zur Erzeugung der Kernfusion in heißem Plasma. Die T-15MD-Installation ist im Vergleich zu anderen Megawissenschaften recht kompakt. Es befindet sich in Moskau am Kurtschatow-Institut. Dies ist eine modernisierte Version des T-15-Reaktors habe gearbeitet auf der Grundlage der Institution seit den 1980er Jahren. Es wurde 2021 in einem neuen Format eingeführt, wird aber bis 2024 weiter verbessert.
Die Reaktionen, die in T-15MD erzeugt werden, ähneln Prozessen im Kern von Sternen, begleitet von einer enormen Energiefreisetzung. Und hier liegt der Hauptzweck des Tokamaks. Wissenschaftler hoffen, dass dort Experimente durchgeführt werden wird helfen der Menschheit eine neue sichere und praktisch unerschöpfliche Stromquelle zu finden.
4. TAIGA-Gammastrahlen-Observatorium
Dieser Komplex umfasst mehrere Atmosphärenteleskope, mehr als hundert optische Weitwinkeldetektoren und viele weitere Komponenten. Das alles nimmt ein beeindruckendes Gebiet ein – mehrere Quadratkilometer. Gelegen Observatorium am astrophysikalischen Standort der Staatlichen Universität Irkutsk im Tunkin-Tal: Standort Perfekt für die Beobachtung von Himmelskörpern, da es weit entfernt von Städten liegt und dort selten vorkommt Hauptsächlich bewölkt.
TAIGA-Kontrollzentrum verdient im Jahr 2021. Die Hauptaufgabe dieser Anlage ist die Suche nach ultrahochenergetischer Gammastrahlung. Solche Reaktionen führen zu Galaxienexplosionen oder zur Verschmelzung von Schwarzen Löchern. Wissenschaftler müssen Gammastrahlen mithilfe von Sensoren einfangen, um die Natur des Universums zu verstehen. Und auch, um mehr über den Ursprung außerirdischer Objekte mit der höchsten Energie zu erfahren, wie zum Beispiel Supernovae und Blazare – aktive galaktische Kerne.
5. Baikal‑GVD (Baikal-Tiefsee-Neutrino-Teleskop)
Ein weiteres Mega-Wissenschaftsobservatorium. Übrigens, gelegen es liegt unweit von TAIGA – in den Tiefen des Baikalsees – und hat ebenfalls im Jahr 2021 mit den Arbeiten begonnen. An seiner Entstehung waren Wissenschaftler und Ingenieure aus 11 internationalen Forschungszentren beteiligt. Optisch ähnelt die Installation nicht besonders einem klassischen Teleskop: Es handelt sich um ein Netzwerk aus Kabeln, auf denen sich kugelförmiges Glas befindet Detektoren, die Neutrinos einfangen – so nennt man Teilchen ohne Ladung mit einer winzigen Masse und einer riesigen Geschwindigkeit, die sich der Geschwindigkeit annähert Sweta. Sie interagieren praktisch nicht mit anderen Elementen und fliegen überall hin. Übrigens, während Sie den Artikel gelesen haben, sind mehr als hundert Milliarden Neutrinos neben Ihnen und sogar durch Sie hindurch geflogen.
Der Wert dieser Partikel liegt in ihrer einzigartigen Information. Wissenschaftler vermuten, dass Neutrinos wird helfen Erfahren Sie mehr über die Prozesse, die irgendwo sehr weit im Universum ablaufen, und verfolgen Sie auch die Entwicklung ganzer Galaxien und die Entstehung von Schwarzen Löchern mit enormer Masse – 10⁵–10¹¹ der Sonnenmasse. Und das Baikal-Teleskop hat solche Teilchen bereits eingefangen. Zum Beispiel im Jahr 2021, gleichzeitig mit einer anderen ähnlichen Installation der Megawissenschaftsklasse – IceCube, die sich am Südpol befindet – verzeichnet Neutrinos aus dem Kern einer fernen Galaxie. Dies war das erste Mal, dass Neutrinoteleskope in verschiedenen Teilen des Planeten ein Signal von derselben Quelle entdeckten.
6. Synchrotronstrahler „KISI-Kurchatov“
Dieser Mega-Klassenkomplex für Naturwissenschaften geöffnet im Jahr 1999. Bereits im 21. Jahrhundert wurde es modernisiert: jetzt das Projekt beinhaltet bis zu 16 Stationen, an denen jeweils parallel geforscht werden kann. Übrigens werden bei KISS-Kurchatov jährlich etwa 200 Experimente durchgeführt, an denen etwa 60 in- und ausländische Wissenschaftlergruppen arbeiten.
Der Hauptmechanismus dieses Megawissenschaftskomplexes ist eine Quelle für Synchrotronstrahlung. Es hilft, verschiedene Materialien und Objekte sowohl der lebenden als auch der unbelebten Natur im Detail bis auf die atomare Skala zu untersuchen. Synchrotronstrahlung wird in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft eingesetzt – von der Physik über die Medizin bis hin zur Archäologie. Mit Hilfe von KISI-Kurchatov können Sie beispielsweise den Ursprung antiker Artefakte verfolgen und überprüfen, wie Krebsmedikamente mit der menschlichen Zellmembran interagieren.
7. GEWALT
Diese Megawissenschaft wird gerade vorbereitet. Er wird auftauchen in der Stadt Protvina bei Moskau und wird aus zwei Komponenten bestehen: einer Synchrotronstrahlungsquelle der vierten Generation und einem Freie-Elektronen-Röntgenlaser. Wissenschaftler gehen davon aus, dass diese Kombination dazu beitragen wird, aufzudecken, wie Atome, Moleküle, Quarks und andere Teilchen entstanden sind. Das bedeutet, zu verstehen, wie das Universum entstand und sich entwickelte.
Das Hauptziel des STRENGTH-Projekts besteht darin, neues Wissen zu gewinnen und darauf basierend neue Technologien zu entwickeln verschiedene Bereiche der Wissenschaft und Technik, zum Beispiel in der Medizin, Materialwissenschaft, Landwirtschaft, Energie, IT. Insgesamt auf einer Fläche von fast 190.000 Quadratkilometern Wille 52 Versuchsstationen und ein Datenverarbeitungszentrum. Rund 200 Wissenschafts- und Bildungseinrichtungen sowie 50 Unternehmen aus realen Wirtschaftszweigen – zum Beispiel Maschinenbau, Metallurgie sowie Chemie und Biologie – können dort forschen.
Megascience-Kursinstallationen helfen Wissenschaftlern, die Grenzen des Möglichen zu erweitern und viel mehr über die Natur des Universums zu verstehen. Aber nicht jede Forschung erfordert Komplexe dieser Größenordnung – manchmal reichen kleinere Werkzeuge aus. Hauptsache, sie sind modern. Auch die Aktualisierung der Gerätebasis von Universitäten, Laboren und anderen Organisationen ist eine Aufgabe nationales Projekt „Wissenschaft und Universitäten“. Und er tut es jedes Jahr. Allein im Jahr 2022 waren von der Aktualisierung der Instrumentierungsdatenbank 204 Organisationen in 36 Regionen betroffen. Die meisten Geräte werden übrigens in Russland produziert.
Informieren Sie sich über das nationale Projekt