Newsletter_06-2024_DE
Ein Reinraum ist ein Raum, in dem die Konzentration luftgetragener Teilchen sehr gering gehalten wird. Je geringer der Anteil luftgetragener Teilchen in einem Raum sein soll, desto bedeutender wird Technik, die die Reinheit der Luft garantiert. Reinraumtechnik ist international jedoch keine Branche sondern ein Wirtschaftszweig, der essenziell ist in vielen Branchen, in denen Partikel und Keime kontraproduktiv sind bei der Herstellung, Bearbeitung und Abwicklung: Pharmazeutische Industrie und Biotechnologie, Chemische Industrie, Healthcare, Lebensmittelindustrie und Kosmetik, Oberflächen- und Kunststofftechnik, Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik, Optik und Lasertechnologie, Luft- und Raumfahrttechnik, Automobilindustrie und Elektromobilität sowie grundsätzlich Forschung und Entwicklung. Reinraumtechnik ist in allen zukunftsrelevanten Branchen ein bedeutender regulatorischer und wirtschaftlicher Faktor. Alle diese aufgelisteten Branchen, und vermutlich noch ein paar weitere, haben im internationalen Wettbewerb ohne Reinraum keine Zukunfts-Perspektiven, denn regulatorische Anforderungen definieren Einsatzgebiete und Anwendungen: ISO-14611-Normenreihe und die VDI-2083-Richtlinienreihe, der EU-GMP-Leitfaden, die ISPE-Baseline-Guides und die WHO-Technical-Report-Serie-No-957, sowie einige mehr. Entscheidend beim Bau und beim späteren Betrieb einer Biotechnologieanlage, eines Halbleiterwerks, eines Labors oder eines Krankenhauses sind also nicht nur die Bau- und Brandschutzbestimmungen, sondern auch die Vorschriften für den Bau und Betriebs eines Reinraumes.
Ein Reinraum ist ein Raum, in dem die Konzentration luftgetragener Teilchen sehr gering gehalten wird.
Je geringer der Anteil luftgetragener Teilchen in einem Raum sein soll, desto bedeutender wird Technik, die die Reinheit der Luft garantiert. Reinraumtechnik ist international jedoch keine Branche sondern ein Wirtschaftszweig, der essenziell ist in vielen Branchen, in denen Partikel und Keime kontraproduktiv sind bei der Herstellung, Bearbeitung und Abwicklung:
Pharmazeutische Industrie und Biotechnologie, Chemische Industrie, Healthcare, Lebensmittelindustrie und Kosmetik, Oberflächen- und Kunststofftechnik, Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik, Optik und Lasertechnologie, Luft- und Raumfahrttechnik, Automobilindustrie und Elektromobilität sowie grundsätzlich Forschung und Entwicklung.
Reinraumtechnik ist in allen zukunftsrelevanten Branchen ein bedeutender regulatorischer und wirtschaftlicher Faktor.
Alle diese aufgelisteten Branchen, und vermutlich noch ein paar weitere, haben im internationalen Wettbewerb ohne Reinraum keine Zukunfts-Perspektiven, denn regulatorische Anforderungen definieren Einsatzgebiete und Anwendungen:
ISO-14611-Normenreihe und die VDI-2083-Richtlinienreihe, der EU-GMP-Leitfaden, die ISPE-Baseline-Guides und die WHO-Technical-Report-Serie-No-957, sowie einige mehr.
Entscheidend beim Bau und beim späteren Betrieb einer Biotechnologieanlage, eines Halbleiterwerks, eines Labors oder eines Krankenhauses sind also nicht nur die Bau- und Brandschutzbestimmungen, sondern auch die Vorschriften für den Bau und Betriebs eines Reinraumes.
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Ein Team von Wissenschaftler:innen<br />
und Technikern bei der Installation<br />
des Kryostaten.<br />
(Foto: COSINUS Collaboration)<br />
Schematischer Aufbau des<br />
COSINUS-Experiments<br />
(Zeichnung: COSINUS Collaboration)<br />
Der Detektor: Ein Kristall aus<br />
Natriumiodid - das gleiche Material<br />
wie im DAMA/LIBRA-Experiment.<br />
(Foto: COSINUS Collaboration)<br />
einer Geschwindigkeit von rund 220 Kilometern pro Sekunde um<br />
das Zentrum der Milchstraße. Die Erde wiederum kreist mit einer<br />
Geschwindigkeit von rund 30 Kilometern pro Sekunde um die Sonne,<br />
für einen kompletten Umlauf braucht sie ein Jahr. Ein halbes Jahr<br />
lang bewegt sich die Erde also in der gleichen Richtung wie die Sonne,<br />
die anderen sechs Monate in der Gegenrichtung.<br />
„Wenn unsere Galaxie von Teilchen aus Dunkler Materie durchdrungen<br />
ist, würde sich die Erde mal schneller, dann wieder langsamer<br />
durch diesen ‚Nebel‘ hindurchbewegen“, erklärt die MPP-<br />
Wissenschaftlerin Karoline Schäffner, technische Leiterin von CO-<br />
SINUS. „Die Situation gleicht einer Autofahrt im Regen: Je schneller<br />
wir unterwegs sind, umso mehr Regentropfen prasseln auf die<br />
Windschutzscheibe . Wir erwarten also, zu verschiedenen Zeiten<br />
unterschiedlich viel Dunkle Materie zu detektieren.“<br />
Genau das hat das DAMA/LIBRA Experiment ergeben, das seit<br />
1995 läuft: Man detektierte tatsächlich ein Signal, dessen Intensität<br />
sich im Lauf des Jahres regelmäßig veränderte – ein Hinweis auf<br />
Dunkle Materie. Doch andere Experimente konnten diese Ergebnisse<br />
nicht wiederholen.<br />
Der fehlende Nachweis durch andere Experimente beschäftigt<br />
die internationale Forschungsgemeinde seit Jahren. „Mit unserem<br />
neuen Projekt gibt es die Chance, dieses Rätsel zu lösen“, sagt Karoline<br />
Schäffner. „Wir verwenden in unserem Detektor Natriumiodid,<br />
dasselbe Material wie im DAMA/LIBRA-Experiment, um die Ergebnisse<br />
vergleichen zu können. Unser Versuchsaufbau wird aber eine<br />
deutlich höhere Genauigkeit erzielen.“<br />
Wärme und Licht<br />
Im DAMA/LIBRA Experiment wird nur das Licht, nicht aber die<br />
Wärme vermessen. Es gibt bereits zwei weitere Experimente, mit<br />
denen Wissenschaftler*innen daran arbeiten, die DAMA/LIBRA-<br />
Experimente zu reproduzieren. Wie das Original zeichnen beide nur<br />
Licht auf – im Gegensatz zu COSINUS, das auf zwei verschiedene<br />
Signale ausgelegt ist.<br />
Das Herzstück von COSINUS ist ein Kryostat – eine Art Kühlschrank<br />
für extrem tiefe Temperaturen – in dem ein Kristall aus Na-<br />
triumiodid auf 1-2 hundertstel Grad über dem absoluten Nullpunkt<br />
(- 273 Grad Celsius) abgekühlt werden kann. Wird dieser Kristall von<br />
Dunkle-Materie-Teilchen getroffen, kommt es zu zwei Reaktionen<br />
im Detektor: Erstens werden die Atome des Kristalls in Schwingung<br />
versetzt – das Kristallgitter beginnt zu wackeln und heizt sich auf.<br />
Die dabei aufgenommene Wärmeenergie lässt sich äußerst genau<br />
messen. Zweitens entsteht im Kristall auch Licht, das COSINUS<br />
ebenfalls „sehen“ kann.<br />
Bekannte oder unbekannte Teilchen?<br />
Die Untersuchung von zwei Signalen liefert zudem Hinweise, um<br />
welche Teilchen es sich handelt. „Das ist wichtig, denn nicht jedes<br />
Signal, das man in einem solchen Detektor misst, ist ein Hinweis<br />
auf Dunkle Materie“, erklärt Karoline Schäffner: „Es kann sich zum<br />
Beispiel um gewöhnliche Elektronen handeln, die durch natürliche<br />
Radioaktivität entstehen. Oder auch um Neutronen, die von kosmischen<br />
Teilchen produziert werden.“<br />
Um Dunkle Materie-Signale zu entdecken, müssen die Forschenden<br />
den Kristall möglichst effektiv vor jeglichem Hintergrundrauschen<br />
abschirmen. Daher steht das Experiment gut geschützt<br />
in einem Bergmassiv, im größten Untergrundlabor der Welt: in den<br />
INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso (INFN-LNGS, Italien),<br />
rund hundert Kilometer von Rom entfernt. Unter 1.400 Metern Gestein<br />
bietet ein Tunnelsystem Platz für eine Vielzahl hochempfindlicher<br />
Versuche - auch das DAMA/LIBRA-Experiment ist dort aufgebaut.<br />
Außerdem werden die Detektoren in einem sieben Meter<br />
hohen Tank mit hochreinem Wasser platziert.<br />
Das COSINUS-Projekt wird 18. April <strong>2024</strong> im INFN-LNGS eröffnet.<br />
Erste Ergebnisse der Messungen sind 2025/26 zu erwarten.<br />
* Cryogenic Observatory for SIgnatures seen in Next-generation<br />
Underground Searches<br />
Max-Planck-Institut für Physik<br />
D 85748 Garching<br />
www.reinraum.de | www.cleanroom-online.com NEWSLETTER | Ausgabe <strong>DE</strong> <strong>06</strong>-<strong>2024</strong><br />
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