Freie-Elektronen-Laser des Fritz-Haber-Instituts in Berlin

Gigantische Betonwände schützen vor Strahlung

Das Fritz-Haber-Institut im Südwesten Berlins betreibt Grundlagenforschung im chemisch-physikalischen Bereich und gehört zur Max-Planck-Gesellschaft, einem international bedeutenden Verein zur Förderung der Wissenschaften. In enger Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Instituts realisierten die Architekten des Berliner Büros DGI Bauwerk einen Neubau für einen Freie-Elektronen-Laser (FEL). Dieser erzeugt elektromagnetische Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich und wird von den Forschern für Experimente benötigt.

Im Erdgeschoss befindet sich eine Einbringöffnung im Boden und eine Dachluke (je 6 m x 2,7 m), durch die mithilfe eines Krans schwere Objekte wie riesige, tonnenschwere Magnete ins Untergeschoss gebracht werden können
Bei Dunkelheit beginnen die transluzenten Glasflächen effektvoll zu leuchten
Das ausschließlich technisch genutzte Gebäude ohne Aufenthaltsräume präsentiert sich in Form von zwei ineinander geschobenen Baukörpern

Das ausschließlich technisch genutzte Gebäude ohne Aufenthaltsräume präsentiert sich in Form zweier ineinandergeschobener Baukörper, eingegliedert in eine bestehende Kette von Instituten. Die neue Behausung für den Freie-Elektronen-Laser steht abgerückt vom Altbau, der die Mess- und Arbeitsplätze für Experimente beinhaltet, und ist nur punktuell mit diesem verbunden. Die produzierte Infrarotstrahlung wird mithilfe von Spiegeln durch zwei unterirdische Edelstahlrohre geleitet, die beide Gebäude verbinden.

Bei der Farb- und Materialwahl orientierten sich die Architekten am teilweise historischen Bestand. Die Fassaden sind gegliedert durch großflächiges, blaugrünes Profilglas im Wechsel mit hellgrauem Putz. Diese werden durch horizontal verlaufende, schmale, dunkelgraue Stahlbänder eingefasst. Die transluzenten Glasflächen beginnen bei Dunkelheit effektvoll zu leuchten.

Sicherheit
Um die ionisierende Strahlung gegenüber der Umgebung abzuschirmen, ist der FEL in einem etwa 12 x 14 m großen Strahlenschutzraum im Keller untergebracht (gemäß Strahlenschutzverordnung, siehe Surftipps). Dessen bauliche Ausbildung wird nach einer kurzen Schilderung der Vorgänge im FEL näher erläutert.

Die Infrarotstrahlung, die der Freie-Elektronen-Laser erzeugt, ist eigentlich ungefährlich; bei deren Erzeugung entsteht jedoch starke und potenziell gefährliche Röntgenstrahlung. Der Laser enthält einen Elektronenbeschleuniger, der die Elektronen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit antreibt. Dabei beträgt die Energie der Elektronen 50 MeV (Mega-Elektronenvolt). Elektronenbeschleuniger mit geringerer Leistung werden zum Beispiel auch zur medizinischen Strahlungstherapie bei Krebspatienten in Krankenhäusern oder Arztpraxen genutzt. Im FEL werden die Elektronen durch speziell angeordnete Magnetfelder geschickt, dadurch abgelenkt und in eine Slalombahn gezwungen. Dabei geben sie Infrarotstrahlung ab. Im Anschluss daran haben sie immer noch einen Großteil der Energie und werden daher in einen Grafitblock geschickt, der als „Strahlschlucker“ fungiert und die Elektronen abbremst. Hier entsteht Röntgenstrahlung als sogenannte Bremsstrahlung. Der nützliche Infrarotlaserstrahl hingegen wird durch die Decke und einen Verbindungstunnel über ein Rohr- und Spiegelsystem zu den Laboren im Altbau gelenkt.

Ist der FEL in Betrieb, darf sich wegen der Röntgenstrahlung kein Mensch im Raum befinden. Sein Betrieb erfolgt ausschließlich ferngesteuert und wird per Video überwacht. Da der Strahlenschutzraum die Röntgenstrahlung vollständig absorbieren muss, wurde er als Kellerraum fast sechs Meter unter der Erdoberfläche konzipiert. Die betonierten Außenwände des Raumes sind an drei Seiten vom Erdreich umgeben. Nordwestlich ist ein Vorraum angeschlossen, der durch eine zwei Meter dicke Wand aus Barytbeton (besonders dichter und homogener Schwerbeton als Strahlenschutz) sowie ein 52 Tonnen schweres Strahlenschutztor von der Röntgenstrahlung abgeschirmt wird. Das Tor ist als Rolltor mit Elektromotor ausgebildet - drei Meter breit, knapp dreieinhalb Meter hoch und eineinhalb Meter dick. Es besteht aus einem Stahlkasten, welcher vor Ort aufgebaut, verschweißt und ebenfalls mit Barytbeton gefüllt wurde. Eine zweieinhalb Meter dicke Stahlbetondecke schützt das darüberliegende Erdgeschoss vor Strahlung. Um die Schwingungen der wissenschaftlichen Geräte zu reduzieren, wurde die Bodenplatte massiv ausgeführt.

Gemäß Strahlenschutzverordnung handelt es sich um eine Anlage zur Erzeugung ionisierender Strahlung, aufgeteilt in einen Überwachungs-, einen Kontroll- und einen Sperrbereich. Während des Betriebes des FEL sowie 30 Minuten nach Abschalten des Gerätes gilt der Strahlenschutzraum als Sperrbereich und darf gar nicht betreten werden. Erst nach Abklingeln der Strahlung, was Mitarbeiter mithilfe von Dosimetern (spezielle Messgeräte) überprüfen, gilt der Kellerraum wieder als zugänglicher Kontrollbereich.

Um sicherzustellen, dass sich niemand im Raum befindet, wenn das Gerät in Betrieb genommen wird, sind dort vier Suchtaster (Lichtschaltern ähnlich) angebracht. Diese müssen in einer bestimmten Reihenfolge betätigt werden, wobei der Raum zur Kontrolle durchquert wird. Erst dann lässt sich der Schutzraum schließen. Wenn das Tor zugeht, ertönt zusätzlich ein akustischer Alarm. Sollte sich dennoch jemand im Raum befinden, lässt sich die Maschine über Not-Aus-Knöpfe im Raum sofort abstellen. Licht und Türbetrieb bleiben dabei erhalten. Insgesamt haben weniger als zehn Personen die Erlaubnis, die Räumlichkeiten zu betreten – ausschließlich Projektmitarbeiter und Mitarbeiter der Firma, die den FEL hergestellt hat. -us

Bautafel

Architekten: DGI Bauwerk Gesellschaft von Architekten, Berlin
Projektbeteiligte: Wieland Schöllkopf, Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Abteilung Molekülphysik, Berlin (Mitarbeit Planung); Dierks, Babilon und Voigt, Berlin (Tragwerksplanung und Bauphysik); Pontax, Lennestadt (Hersteller Strahlenschutztor)
Bauherr: Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Berlin
Fertigstellung: 2011
Standort: Faradayweg 4-6, 14195 Berlin
Bildnachweis: Andreas Muhs, Berlin

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