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Neubau für Teilchenbeschleuniger an der Uni Mainz

Schön draußen mit Maske und Abstand Foto: ©Stefan F. Sämmer 

In 12 Metern Tiefe wurde die Baugrubensohle für die Bodenplatte der 1. Teilbaumaßnahme des neuen Zentrums für Fundamentale Physik an der Uni Mainz fertiggestellt. Die bestehenden unterirdischen Experimentierhallen des Instituts für Kernphysik werden teilweise umgebaut und um eine Halle mit 600 qm erweitert. Sie soll künftig den neuen Teilchenbeschleuniger MESA (Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator) aufnehmen, eines der Leuchtturmprojekte des Exzellenzclusters PRISMA+.

Mit dem neuen Centrum für fundamentale Physik (CFP) werden an der JGU die baulichen Voraussetzungen für Spitzenforschung auf dem Gebiet der Teilchen- und Hadronenphysik weiter ausgebaut. Das CFP bildet den baulichen Rahmen für zentrale Projekte des mit Bundes-und Landesmitteln geförderten Exzellenzclusters PRISMA+ – insbesondere die Durchführung von Präzisionsexperimenten mit dem neuen Beschleuniger MESA und die Erforschung der dunklen Materie, auf deren Eigenschaften bislang nur indirekt Rückschlüsse gezogen werden können. Kurz vor dem Start der Rohbauphase auf dem Baugelände im Johann-Joachim-Becher-Weg in-formierten sich Finanz- und Bauministerin Doris Ahnen, Wissenschaftsminister Prof. Dr. Konrad Wolf, Universitätspräsident Prof. Dr. Georg Krausch, der Baubeauftragte für die MESA-Experimentierhalle Prof. Dr. Kurt Aulenbacher vom Institut für Kernphysik und der Geschäftsführer des Landesbetriebs Liegenschafts- und Baubetreuung (LBB) Holger Basten im Beisein der beiden PRISMA+-Sprecher Prof. Dr. Matthias Neubert und Prof. Dr. Hartmut Wittig vor Ort über den Baufortschritt.

Die Gesamtbaukosten für die 1. Teilbaumaßnahme (CFP I) sind mit 28,67 Mio. Euro veran-schlagt. Die Fertigstellung ist für Frühjahr 2022 geplant. Die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz hatte 2015 die Förderung des CFP bewilligt. Der Bund fördert Forschungsneubauten mit dem höchstmöglichen Förderanteil von 50 Prozent. In einer 2. Teilbaumaßnahme (CFP II) ent-steht ein viergeschossiges Labor- und Bürogebäude am Staudingerweg. Die genehmigten Gesamtbaukosten für die beiden Forschungsbauten (CFP Ia + II) betragen 63,75 Mio. Euro, zusammen mit dem Umbau der bestehenden unterirdischen Experimentierhalle des MAMI (CFP Ib) belaufen sich die Gesamtbaukosten auf 74,55 Mio. Euro.

„Das Land Rheinland-Pfalz investiert in großem Maße an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz in neue bauliche Rahmenbedingungen, maßgeschneidert auf die Forschungszwecke des Instituts für Kernphysik. Es ist kein einfaches Bauvorhaben, sondern eine besondere und ingenieurstechnisch anspruchsvolle Bauaufgabe. Die hohen technischen Anforderungen bestimmen die Planungen ebenso wie die Wahl von Baumaterialien und die Dimensionierung von Bauteilen. Zahlreiche Ingenieure unterschiedlicher Fachdisziplinen waren an den Planungen des Baus beteiligt, der einen modernen Rahmen für rheinland-pfälzische Spitzenforschung bieten wird“, sagte Finanz- und Bauministerin Doris Ahnen.

Kern der 1. Teilbaumaßnahme ist die Erweiterung der zwei vorhandenen unterirdischen Experimentierhallen um die neue MESA-Beschleunigerhalle mit rund 600 Quadratmetern, bestehend aus 420 Quadratmetern Hallenfläche plus Nebenräumen sowie einer Verladehalle mit 80 Quadratmetern. Die bestehenden, rund 330 Quadratmeter umfassenden Hallen werden teilweise umgebaut. Dazu gehört die Halle des seit 1979 erfolgreich betriebenen und mehrfach ausgebauten Elektronenbeschleunigers Mainzer Mikrotron (MAMI). Die neue Halle wird direkt daran angebaut, so dass der bestehende Strahlfänger in die Baumaßnahme integriert wird. Beide Hallen werden durch großformatige Wanddurchbrüche verbunden. Die wissenschaftlichen Experimente erstrecken sich künftig über alle drei Hallen.

Oberirdisch entsteht direkt auf der MESA-Halle ein zweigeschossiges Technikgebäude mit 590 Quadratmetern, das der Bestückung der Halle dient. Ober- und unterirdische Bereiche werden durch die Verladehalle verbunden. Sie erstreckt sich über mehrere Geschosse und ermöglicht den Transport großer Komponenten zwischen Erdgeschoss und Tiefgeschossen.

Bevor Anfang 2019 die Arbeiten am unterirdischen Komplex von CFP I beginnen konnten, mussten auf dem Baufeld ein älteres Werkstattgebäude und eine Lagerhalle abgerissen werden (ab Herbst 2017). Die Ersatzneubauten im Bereich Fritz-Straßmann- und Hanns-Dieter-Hüsch- Weg sind bereits in Betrieb.

„Die Mainzer Forscherinnen und Forscher haben eine lange Tradition darin, wesentliche Beiträge zum fundamentalen Verständnis unseres Weltbilds zu liefern. Mit Fug und Recht kann ich daher sagen, das Exzellenzcluster PRISMA+ bringt ‚Licht ins Dunkel‘ “, so Wissenschaftsminister Prof. Dr. Konrad Wolf. „Mit dem Forschungsreaktor TRIGA und dem Mainzer Teilchenbeschleuniger MAMI verfügt die Universität bereits über eine international viel beachtete und genutzte Infrastruktur. Mit dem neuen Teilchenbeschleuniger MESA, einem experimentellen Herzstück des Exzellenzclusters, wird eine für die Forschung zentrale neue Infrastruktur hinzukommen. Ihr visionäres Konzept hat durch die Förderung des Exzellenzclusters die verdiente Anerkennung erhalten. Die erneute Aufnahme von PRISMA+ in den Kreis der Exzellenzcluster ist ein großartiger Erfolg – für die beteiligten Forscherinnen und Forscher, für die Universität und für die Spitzenforschung in Rheinland-Pfalz.“

Im Exzellenzcluster PRISMA+, das von Bund und Land im Rahmen der Exzellenzstrategie gefördert wird, forschen international renommierte Arbeitsgruppen der Institute für Physik und Kernphysik, des Departments Chemie der JGU und des Helmholtz-Instituts Mainz. In diesen Teams arbeiten über 300 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Karrierestufen eng zusammen. Mit ihrer international viel beachteten Forschung tragen sie dazu bei, wichtige Antworten auf grundlegende Fragen nach der Struktur der Materie und den fundamentalen Kräften im Universum zu geben.

„Gerade in diesen schwierigen Zeiten freue ich mich sehr über den Baufortschritt des Centrums für Fundamentale Physik. Denn die bauliche Infrastruktur ist eine wesentliche Voraussetzung für den Erfolg der wissenschaftlichen Arbeit der Mainzer Forschergruppen in der Teilchen- und Hadronenphysik und damit für den Exzellencluster PRISMA+“, erklärt der Präsident der JGU, Prof. Dr. Georg Krausch. „Insbesondere in der neuen Experimentierhalle, am Beschleuniger MESA, können die Mainzer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf dem Gutenberg-Campus in den nächsten Jahren innovative Präzisionsmessungen durchführen, ihre Vorreiterrolle beim experimentellen Design für internationale Experimente ausbauen und zusammen mit neuartigen theoretischen Berechnungen ein tieferes Verständnis physikalischer Phänomene erlangen helfen.“

Prof. Dr. Kurt Aulenbacher erläutert die besonderen Vorzüge des neuen Elektronen-Beschleunigers MESA: „Durch seine extrem hohe Strahlintensität wird MESA Präzisionsexperimente ermöglichen, die bisher undenkbar waren. Dazu nutzt der Beschleuniger die neuartige Energy- Recovery Linac (ERL) Beschleuniger-Technologie. Dank dieser Technologie – sozusagen einem innovativen „Energie-Recycling“ – ist MESA sehr sparsam. Durch Abbremsen des Elektronenstrahls nach Passieren des Experiments werden etwa 95 Prozent der Energie, die zur Beschleunigung benötigt wurden, wieder zurückgewonnen und stehen dann für die nächsten Elektronen wieder zur Verfügung. MESA wird diese neue Technik erstmals für die teilchenphysikalische Grundlagenforschung einsetzen.“

Die technischen und baulichen Eigenschaften der verschiedenen Gebäude im Centrum für Fundamentale Physik stellen besondere Herausforderungen an die Fachingenieure im Landesbetrieb LBB und das von ihm beauftragte Planungsbüro DGI Bauwerk (Berlin), das als Generalplaner agiert. Planerisch galt es, den Komplex auf dem stark begrenzten Raum zwischen den Gebäuden der Kernphysik sinnvoll unterzubringen. Bei der unterirdischen Experimentierhalle handelt es sich um einen strahlensicheren und erschütterungsfreien Forschungsbunker aus Stahlbeton mit Wandstärken von 1,15 Meter und Deckenstärken von rund 2,25 Meter auf einer Bodenplatte mit einer Stärke von rund 1,20 Meter (jeweils im Mittel). Die erforderlichen Gründungsbohrungen wurden bis zu 34 Meter tief niedergebracht, doch möglichst ohne die wissenschaftlichen Versuche in den bestehenden Experimentierhallen zu stören.

LBB-Geschäftsführer Holger Basten sagt: „Das aus mehreren Teilbaumaßnahmen bestehende große Forschungsbauvorhaben CFP stellt auch planerisch und baulich ein nicht alltägliches Projekt dar. Allein die beeindruckende Baugrube, in die jetzt mit über 5.000 Kubikmetern Spezialbeton der Forschungsbunker gebaut wird, zeigt die besondere Herausforderung für alle Beteiligten, Planer und Baufirmen. Die Fortsetzung des Baubetriebs ist unter den erschwerten Rahmenbedingungen durch die Corona-Pandemie nicht nur auf dieser Baustelle des Landes von besonderer Bedeutung. Gemeinsam mit allen am Bau Beteiligten sind wir aktiv dabei, die Leistungserbringung und die Logistikketten aufrecht zu erhalten.“

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