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Wenn es im Universum blitzt!

08.03.2016

Gammablitze oder auch Gammastrahlenexplosionen sind kurzzeitige Energieausbrüche im Universum von sehr hoher Leistung, von denen grosse Mengen elektromagnetischer Strahlung, in diesem Fall Gammastrahlen, ausgehen. Gammablitze setzen in Sekunden mehr Energie frei als die Sonne in Milliarden von Jahren. Für die Dauer seines Leuchtens ist ein Gammablitz heller als alle übrigen Strahlenquellen am Himmel und glüht während Tagen und Wochen im optischen sowie im Röntgenspektrum nach, bevor er ganz erlischt.

Veranschaulichung eines massereichen Sterns, der zu einem Schwarzen Loch kollabiert. Die freiwerdende Energie in Form von Jets entlang der Rotationsachse bildet einen Gammablitz; © Nicolle Rager Fuller of the NSF
Ein massereicher Stern, der zu einem Schwarzen Loch kollabiert. Die freiwerdende Energie in Form von Jets entlang der Rotationsachse bildet einen Gammablitz; © Nicolle Rager Fuller of the NSF

Elektromagnetische Strahlung und damit auch die sehr kurzwellige Gammastrahlung ist im Prinzip nichts anderes als “Licht”, und Licht besteht aus Photonen. Nur ihre Energie ist wesentlich höher – ein Photon der Gammastrahlung hat mindestens 75’000 mal mehr Energie als die Photonen, die auf unser Auge treffen.

Das Elektromagnetische Spektrum; © Horst Frank / Phrood / Anony (GFDL)
Das Elektromagnetische Spektrum; © Horst Frank / Phrood / Anony (GFDL)

Ein Stern strahlt im gesamten elektromagnetischen Spektrum. Deswegen hat man in der Astronomie Geräte entwicklt, mit denen man die verschiedenen Wellenlängen beobachten kann; z.B. mittels Infrarotteleskopen, Röntgensatelliten und Weltraumteleskopen, die je nach Spektrum mit Mikrowellen-, Radiowellen- oder eben Gammastrahlenempfängern ausgerüstet sind. Weil die Strahlung von Gammablitzen die Erdatmosphäre nicht unverändert durchdringen kann, lassen sich die Gammablitze direkt nur mit Weltraumteleskopen oder indirekt durch Messungen der in der Atmosphäre ausgelösten sekundären Strahlungsschauer beobachten.

Die Entstehung der Gammablitze oder üblicher GRBs (Gamma Ray Bursts) stellt man sich heute so vor:

Prinzipiell unterscheidet man zwei Arten von Gammablitzen – die kurzen, Sekunden dauernden Blitze und die Langen, die über Minuten strahlen und beim Kollaps gigantischer Riesensterne, z.B. bei einer sogenannten “Hypernova” entstehen.

Bei den kurzen Gammablitzen vermutet man, dass sie bei der Kollision zweier extrem dichter Objekte entstehen. Also entweder beim Zusammenstoss von zwei Neutronensternen oder bei der Kollision von einem Neutronenstern und einem schwarzen Loch. Normalerweise ist viel zu viel Platz im Weltall, als dass zwei Himmelsobjekte kollidieren könnten. Das passiert nur in den vergleichsweise dicht besiedelten Planetensystemen und nicht im interstellaren Raum.

Mit Hilfe einer Computersimulation haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut die Verschmelzung zweier Neutronensterne zu einem Schwarzen Loch genauer untersucht und konnten erstmals zeigen, dass sich durch Reorganisation des Magnetfeldes bei der Verschmelzung eine Jet-förmige Struktur entlang der Rotationsachse bildet, in dessen Inneren Gammablitze entstehen können (siehe erste Grafik).
Geklärt sind ihre Entstehung allerdings noch nicht.

Weitere Informationen
>> Das Ende der Sterne
>> Gammablitze – Signale vom Anfang der Welt
>> Gammablitze


Viel positive Energie freigesetzt

07.03.2016

Herwig R. Müller, Ingenieurgeologe bei der Nagra, war für die Umsetzung des «Full-Scale Emplacement»-Experiments (kurz FE-Experiment*) zuständig.

Herwig. R. Müller
Der Ingenieurgeologe Herwig. R. Müller leitete das FE-Experiment, ein Demonstrationsexperiment im Massstab 1:1. Foto: Maria Schmid

Herwig, welche Bedeutung hat das FE-Experiment?
Es ist ein sehr wichtiges Experiment für die Nagra, weil hier viele Komponenten eines geologischen Tiefenlagers zusammen kommen: die ganzen Abläufe vom Stollenbau bis zur Verfüllung mit anschliessender Beheizung und den entsprechenden Auswirkungen auf das Gebirge. Im Opalinuston führt man so ein Experiment im Massstab 1:1 zum ersten Mal durch.

Wie fühlst Du Dich jetzt nach erfolgreicher Realisierung der Versuchsanlage?
Wenn man für so ein grosses und komplexes Projekt verantwortlich ist, hat man anfangs – egal wie alt oder erfahren man ist – grossen Respekt. Ein derartiges Projekt ist aber auch unheimlich toll und spannend. Der Moment, in dem man erkennt, dass das Ziel nahe ist und alle Herausforderungen gemeistert wurden, setzt unglaublich viel positive Energie frei.

Was waren Deine Aufgaben als Projektleiter?
Ich musste ein Team aufstellen, das auch unter Zeitdruck perfekt funktionieren und die technischen Herausforderungen meistern musste. Unser Kernteam bestand aus 5 bis 7 ständigen Nagra-Mitarbeitenden. Insgesamt waren mit weiteren Nagra-Mitarbeitenden und externen Auftragnehmern weit über 100 Fachleute und Spezialisten involviert, die ein riesiges Know-how vereinen. Das Projekt startete 2009 mit der Planung. 2010 wurde die Start-Kaverne gebaut, 2012 der FE-Stollen ausgebrochen, im Herbst 2014 die Heizelemente sowie die Stollenverfüllung mit Bentonit-Granulat eingebracht und schliesslich im März 2015 der Stollen nach Inbetriebnahme der Heizelemente verschlossen. Seitdem heizen wir und messen mit unzähligen Sensoren und Messinstrumenten, die in den verschiedenen Projektphasen installiert wurden.

Was sind Deine persönlichen Highlights?
Sehr lustig war die Durchschlagsfeier nach der Fertigstellung des FE-Stollens. Höhepunkte waren die erste Inbetriebnahme der Verfüllmaschine, das Einschalten der Heizelemente und der Verschluss des Stollens. Wissenschaftlich-technisch aber auch emotional das Grösste war das Monitoring- und Modelling-Meeting von Anfang 2016. Während dieser Besprechung wurden alle Messdaten seit Heizbeginn gezeigt, diskutiert und mit den Prognosen verglichen. Es ist genial zu sehen, dass das Projekt wie geplant Gestalt angenommen hat und die erhofften Messdaten ergibt. Vom FE-Experiment werden die Nagra und die wissenschaftliche Gemeinschaft noch über Jahre profitieren.

Mehr zu den Experimenten im Felslabor Mont Terri: www.mont-terri.ch

Besuchergruppen können das Experiment nach Voranmeldung auch direkt vor Ort kostenlos besichtigen. Anmeldungen nimmt Frau Renate Spitznagel (Renate.Spitznagel@nagra.ch,
Tel. 056 437 12 82) entgegen.

Der Film zum Experiment

 


*FE-Experiment im Felslabor Mont Terri
Das «Full-Scale Emplacement»-Experiment (FE-Experiment) ist ein Demonstrationsexperiment im Massstab 1:1. Es dient zur Messung der Auswirkungen von Wärme auf das Bentonit-Granulat und den umliegenden Opalinuston und ermöglicht es auch, praktische Erfahrungen mit dem Einlagerungsprozess zu sammeln. In einem Lagerstollen im Opalinuston wurden drei Versuchsbehälter eingebracht und dieser wieder mit einer eigens dafür entwickelten Maschine dicht mit Bentonit-Granulat verfüllt. Die Versuchsbehälter enthalten Heizelemente, die die Wärmeabgabe hochaktiver Abfälle simulieren. Hunderte Messinstrumente zeichnen Temperaturen, Feuchte, Druck, Verformungen, Gaszusammensetzung, etc. im Bentonit und Opalinuston auf.


Schnee auf dem Calanda, heisse Köpfe im Schulzimmer

02.03.2016

Seit nunmehr fünf Jahren nimmt die Nagra an den TecDays der SATW (Schweizerische Akademie der Technischen Wissenschaften) teil. Die TecDays haben zum Ziel, bei den Jugendlichen das Verständnis für Technik zu fördern und das Interesse für technisch-naturwissenschaftliche Ausbildungen zu erhöhen. Expertinnen und Experten aus Forschungsinstituten, Hochschulen und Unternehmen bieten dazu Module zu ausgewählten Themen aus ihren Tätigkeitsbereichen an.

Eingang-Kantonsschule-Chur
Die Bündner Kantonsschule Chur öffnet am TecDay ihre Türen für Themen aus Technik und Wissenschaft.

Am 26. Februar wurde ein TecDay in der Bündner Kantonsschule Chur (BKS) durchgeführt. Die rund 1200 Schülerinnen und Schüler durften aus 63 Modulen drei aussuchen, die sie an diesem Tag besuchten. Das Modul «Radioaktive Abfälle entsorgen: Wie und wo?» stiess zu unserer Freude auf grosses Interesse. Maximal 24 Teilnehmende waren pro Workshop zugelassen. Unser Modul war dreimal ausgebucht.
Es ist ja kein Geheimnis: Der Kanton Graubünden geniesst grosse Sympathie innerhalb der Schweiz. Kein Wunder, dachte ich, als ich zwischen den Workshops auf der Terrasse der Schule oberhalb von Chur stand, den Blick auf den schneebehangenen Calanda, Chur und das Rheintal gleiten liess und die Sonne genoss. Bildung ist ein Privileg und Technologie der Rohstoff der Schweiz.

Chur-Calanda
Im Hintergrund der schneebehangene Calanda.

Als Chemikerin liegt mir die Förderung der Naturwissenschaften am Herzen. TecDays sehe ich als gute Möglichkeit, Werbung für Naturwissenschaften zu machen und gleichzeitig für das Thema Entsorgung zu sensibilisieren.

UnterrichtTecDay
Angeregte Diskussionen

Bei den TecDays führen wir die Workshops immer nach dem gleichen Prinzip durch: In einem Planspiel setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit der Situation auseinander, was es bedeuten würde, wenn in ihrer Region ein Tiefenlager für radioaktive Abfälle gebaut würde. Innerhalb kürzester Zeit sind sie gedanklich in der Materie drin und stellen sehr konkrete und engagierte Fragen wie beispielsweise: Was könnte schlimmstenfalls passieren? Wie lange würden die Bauarbeiten dauern? Wo sind die Abfälle denn jetzt? Wie wollen Sie Sicherheit gewähren?
Die Workshops sind immer spannend – und jeder ist anders. Von der Referentin fordern sie dreimal 90 Minuten höchste Konzentration. Aber der persönliche Gewinn (spannende Diskussion mit Jugendlichen) und die persönliche Bereicherung (das Interesse für Naturwissenschaften zu fördern) überwiegen. Das ist eine klassische Win-win-Situation.

Unterricht-macht-hungrig
Nach der geistigen Nahrung brauchen die heissen Köpfe in der Pause eine Abkühlung und etwas zu Essen.

Geoland Schweiz – ab in die Wanderschuhe!

01.03.2016

Mit dem Beginn einer neuen Wandersaison sollte das Buch „Geoland Schweiz“ in keinem Rucksack fehlen!

Gorges del Areuse © Michael Szönyi
Gorges del Areuse © Michael Szön

Die grosse Themenvielfalt und der verständliche, spannende und gut dargestellte Inhalt machen dieses Buch so wertvoll. Viele der besprochenen Phänomene werden durch die ausgezeichneten Aufnahmen, darunter sehr viele Panoramaaufnahmen, verständlich. Der Leser erhält nicht nur Einblick in die Grundlagen zum besseren Verständnis der Geologie der Schweiz, sondern wird zusätzlich diese Sachverhalte nachvollziehen können dank den kenntnisreichen Darstellungen und Beschreibungen im Gelände und in der Natur.

Das Buch ist zudem eine gute Ergänzung zu allen Touren- und Alpinführern, die dem Besucher Wege in die Schweizer Alpen vorstellen und beschreiben. Der naturinteressierte Wanderer und Bergsteiger wird in dem Band alle wissens- und erlebenswerten geologischen Aspekte finden, die das Verständnis der besuchten Landschaftsräume vertiefen.

Geoland Schweiz
Geologische Wanderungen lassen sich auch unter den nachstehenden Adresse recherchieren!
ViaGeoAlpina
Via Alpina