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Auf Exkursion in Jülich

Forschung hautnah erleben....

Forschung hautnah - Exkursion der NW Leistungskurse der Q2 ins Forschungszentrum Jülich

Teilnehmerinnen aus den Leistungskursen Physik, Chemie und Biologie berichten:

 

Am Donnerstag, dem 11. Januar 2018 war es wieder soweit: Für die beiden Biologie-Leistungskurse sowie für den Chemie- und den Physik-Leistungskurs ging es ins Forschungszentrum Jülich. Dieses gehört mit rund 5.900 Mitarbeitern zu den größten Forschungseinrichtungen Europas. Das Forschungszentrum wurde 1956 gegründet und umfasst eine Fläche von ca. 2,2 Quadratkilometern.

Um 08:00 Uhr versammelten sich die Schülerinnen mit ihren Lehrern Frau Jungblut, Frau Kauerz, Herrn Dr. Poßberg und Frau Tophofen, um gemeinsam nach Jülich zu fahren. Dort gab es zunächst eine Präsentation, bei der die vielfältigen Forschungsgebiete aus den Bereichen „Energie und Umwelt“ sowie „Information und Hirnforschung“ vorgestellt wurden. Dabei wurden außerdem die Möglichkeiten einer Ausbildung bzw. eines Dualen Studiums erläutert. Danach wurde für die jeweiligen Leistungskurse ein fachspezifisches Programm angeboten.

 

Wir Schülerinnen des Physik-LK durften zunächst den Teilchenbeschleuniger „COSY – cooler Synchrotron“ besichtigen und konnten somit die im Unterricht besprochene Theorie der Beschleuniger in der realen Umsetzung bewundern. Bevor die „heiligen Hallen“ betreten werden durften, musste jede Schülerin aber zuerst mit einem Dosimeter ausgestattet werden, das radioaktive Strahlung misst. Der Beschleuniger „COSY“ wurde 1993 in Betrieb genommen und dient der Grundlagenforschung im Bereich der Elementarteilchen- und Kernphysik. Dadurch soll insbesondere das Verständnis der Eigenschaften von Kernen und Hadronen (das sind Elementarteilchen, die aus zwei oder drei Quarks bestehen) vertieft werden. Der Beschleuniger verursacht jährlich Stromkosten in einer Höhe von 1,5 Millionen Euro, was ungefähr der Strommenge entspricht, die die Stadt Jülich ihren Einwohnern jährlich zur Verfügung stellt. Auch wenn in erster Linie Kabel in allen Formen und Farben zu sehen waren und nicht jedes Detail der Apparatur ganz verstanden werden konnte, waren wir alle rundum begeistert und lauschten gebannt den Erläuterungen.

Als nächstes stand ein Besuch im Institut für Neurowissenschaften auf dem Programm, wobei die medizinischen Anwendungen der Kernphysik erforscht und weiterentwickelt werden. Uns wurden die Funktion und der Aufbau eines Magnetresonanztomographen (MRT) sowie eines PET-Scanners (Positronen-Emissions-Tomographie) erklärt und ihre Anwendung in der medizinischen Diagnostik und Therapie erläutert. Wir durften sogar live bei einer Untersuchung im Rahmen der Studie „Tausend Gehirne“ zusehen. Dabei handelt es sich um eine Langzeitstudie, in der in regelmäßigen Abständen die Gehirne von 1000 Probanden gescannt werden, um Aufschluss über die Alterung der Gehirne in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren (z.B. Lebensgewohnheiten, Gesundheitszustand, soziales Umfeld usw.) zu gewinnen. Dies fanden wir besonders interessant, da man mit Hilfe eines funktionellen MRTs sozusagen Menschen beim Denken zuschauen kann.

Insgesamt war es ein sehr interessanter und lehrreicher Besuch im Forschungszentrum Jülich, bei dem wir viel Neues gelernt haben, aber auch bereits Gelerntes vertiefen und in praktischer Umsetzung betrachten konnten.

Für den Physikkurs: Katerina Moysidis und Leonie Nüsing/ Fotos: Frau Tophofen

 

 

 

 

 Messinstrumente unternehmen luftige Ausflüge im Zeppelin oder in Flugzeugen, damit Forscher den Einfluss von Spurengasen und Schwebeteilchen auf die Erdatmosphäre untersuchen können. Bildnachweis: FZ Jülich, Felix Kästle

Die erste der beiden Stationen nach dem einführenden Vortrag über das Forschungszentrum Jülich war für uns Schülerinnen des Chemie LK das Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-8). Dort erforschen die Wissenschaftler die Chemie der Troposphäre, um beispielsweise eine genauere Wettervorhersage treffen zu können oder mit Hilfe von Messungen der Feinstaubbelastung in der Luft tragfähige Modelle und Lösungsvorschläge für aktuelle Umweltprobleme zu entwickeln.

Im Institut wurde uns neben einem einleitenden Vortrag zu den chemischen Abläufen in der Troposphäre und dem Aufbau der Atmosphäre auch die Vorgehensweise bei den Feldversuchen erläutert. Diese werden teilweise lange Jahre geplant und umfassen zum Beispiel Messungen mit herkömmlichen Passagiermaschinen, aber auch mit gesondert umgebauten Forschungsflugzeugen oder einem Zeppelin.

  

Ein Teilstück einer Passagiermaschine samt der dort installierten Technik diente als Anschauungsstück und verdeutlichte die Dimensionen der Messgeräte, die nicht mehr Raum als ein Passagiersitz einnehmen dürfen, und gut ein halbes Jahr lang, während der normalen Linienflüge eines Flugzeugs, weltweit Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphäre sammeln. Die Messergebnisse sind im Internet auf der Seite des In-service Aircraft for a Global Observing System, kurz IAGOS, frei zugänglich (www.iagos.org).

 

Unsere zweite Station war das Peter-Grünberg-Institut (PGI-3), benannt nach dem Nobelpreisträger und ehemaligen Mitarbeiter des Forschungszentrums Jülich. Dort hörten wir einen faszinierenden Vortrag über die Möglichkeiten der Mikroskopie von Atomen und Molekülen und konnten uns den Versuchsaufbau danach direkt anschauen.

Die Jülicher Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, bei dem sie kleine Moleküle oder Atome an die Spitze eines Rastertunnelmikroskops heften und als hochempfindliche Messfühler einsetzen. Rastertunnelmikroskope lassen sich so in eine Art Rasterkraftmikroskop umwandeln, mit dem sich zum Beispiel die geometrischen Strukturen organischer Moleküle mit sehr großer Genauigkeit im Bereich bis zu etwa einem Nanometer (einem Milliardstel Meter) darstellen lassen. Selbst die Ladungsverschiebung in Dipolmolekülen als Folge von Elektronegativitätsunterschieden der Elemente lässt sich heute bereits visualisieren.

 

Die Messungen erfolgen bei sehr tiefen Temperaturen von fünf Kelvin (ca. –268 Grad Celsius) im Hochvakuum. Bei diesen Temperaturen sind die Moleküle „eingefroren“, das heißt die Atome schwingen nicht mehr gegeneinander und lassen sich so genau erfassen. Den Wissenschaftlern gelingt es sogar, mit Hilfe einer Messspitze gezielt einzelne Moleküle aus größeren Molekülverbänden zu entfernen und an anderer Stelle wieder abzulegen.

 

Bild 1: Messinstrumente unternehmen luftige Ausflüge im Zeppelin oder in Flugzeugen, damit Forscher den Einfluss von Spurengasen und Schwebeteilchen auf die Erdatmosphäre untersuchen können. Bildnachweis: FZ Jülich, Felix Kästle

  

Bild 2:

Ähnlich wie ein Blinder mit dem Langstock tastet ein Rasterkraftmikroskop die Beschaffenheit einer Oberfläche mit einer kleinen Nadelspitze ab; so entsteht ein Oberflächenprofil des Moleküls. Bildnachweis: Hapala, Temirov, Tautz, Jelínek, Physical Review Letters, Copyright 2014 by The American Physical Society 

 

Für den Chemiekurs: Isabel Sistig 

 

Für die teilnehmenden Biologie LK`s berichtet Jacqueline Scholten :

 

"Das Forschungszentrum Jülich ist auf Lösungen für die großen Herausforderungen unserer Gesellschaft in den Bereichen Energie und Umwelt spezialisiert.

Außerdem beschäftigen sich viele Forscher mit dem menschlichen Gehirn, um weitere umfangreiche Informationen dieses unglaublichen Systems der Öffentlichkeit zu präsentieren. Grund genug für die Biologie LKs das Institut für Neurowissenschaften und Medizin zu besuchen.

 

Im Bereich der Hirnforschung werden bildgebende Verfahren angewendet. Dazu gehört das PET, MRT, fMRT, und das MEG. Über das PET bekommen die Forscher Aufnahmen über augenblickliche Aktivitäten des Gehirns und das MRT zeigt welche Bereiche unter bestimmten Belastungen im Gehirn angesprochen werden bzw. wie unser Gehirn strukturiert ist.

Außerdem ist das Forschungszentrum im Besitz des weltstärksten MRT, welches mit dem PET gekoppelt ist und somit genaue Aufnahmen des Gehirns präsentiert, was eine neue Möglichkeit in der Hirnforschung darstellt.

 

Des Weiteren arbeitet das Forschungsinstitut an dem Human Brain Project.

Ziel hierbei ist es, die vorhandenen Erkenntnisse über das Gehirn zu nutzen, um damit die Abläufe in diesem umfassenden System zu simulieren.

Dabei konzentriert man sich auf die Frage, wie arbeitet das Gehirn und wie funktioniert der Austausch der Botenstoffe.

Das Gehirn ist topografisch organisiert, was bedeutet, dass alle Bereiche miteinander in Verbindung stehen. Daher arbeitet man an der Entwicklung von Methoden und Pipelines der Gehirnkartierung, um einzelne Bereiche von anderen unterscheiden zu können.

 

Als weitere Station hatten wir das Institut für Bio- und Geowissenschaften gewählt.

Auf dem Gebiet der Bioelektronik möchte man Organik mit Elektronik verbinden.

Man forscht also über die funktionelle Verbindung von biologischen mit elektronischen Komponenten.

Dabei konzentriert man sich auf Methoden und Technologien für die biomedizinische Anwendung, zum Beispiel eine künstliche Netzhaut mit dem Sehnerv zu verbinden oder ein Hörgerät – Implantat direkt mit dem Hörnerv zu vereinen.

 

Das Forschungszentrum engagiert sich auch in der Energieforschung. Hier spezialisiert man sich auf die Frage, wie man Atome (Müll) umweltfreundlich entsorgen kann.

In der Nuklearen Entsorgungsforschung geht man auf diese Frage ein und forscht an einer direkten Entsorgung des radioaktiven Abfalls.

 

Insgesamt war es eine sehr gelungene und informative Exkursion.

Unsere Institutsführer, die uns die verschiedenen Bereiche nähergebracht haben, waren sehr freundlich und motiviert uns Schülerinnen in ihren Vortrag mit einzubinden. Wir haben alle neue Erfahrungen und Erkenntnisse gesammelt, was für einige vielleicht auch für die spätere Berufsfindung eine Rolle spielen kann."

 

 

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