Mainhäuser gewinnt Top-Preis für Instrument im weltweit stärksten Teilchenbeschleuniger

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Mainhäuser gewinnt Top-Preis für Instrument im weltweit stärksten Teilchenbeschleuniger

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Carsten Welsch hat den Faraday-Cup-Award für seinen „Beam Gas Curtain"-Monitor in einem Teilchenbeschleuniger am Cern gewonnen. Nun soll die Technologie auch Krebspatienten helfen.

Mainhausen – Carsten Welsch leitet seit 20 Jahren den „Beam Gas Curtain“-Monitor, ein Messinstrument für den weltgrößten Teilchenbeschleuniger am Cern in Genf. Nun hat der gebürtige Mainhäuser, der an der University of Liverpool arbeitet, den renommierten „Faraday Cup Award“ gewonnen. Im Gespräch erzählt der Forscher, was hinter der Technologie steckt, warum seine Arbeit auch für die Medizin interessant ist und was ihn mit seiner Heimat verbindet.

Herr Professor Welsch, Sie haben kürzlich den Faraday-Cup-Award gewonnen. Was ging Ihnen durch den Kopf, als Sie die Auszeichnung erhalten haben?

Erstmal habe ich mich riesig gefreut. Das ist im Bereich Strahlen-Instrumentierung für Teilchenbeschleuniger der wichtigste internationale Preis. Man realisiert dann, dass das eben als weltweit einmalige Entwicklung anerkannt wurde. Das war schon ein sehr, sehr schönes Gefühl.

Für alle, die mit Teilchenphysik eher weniger am Hut haben: Woran forschen Sie eigentlich?

Meine Arbeitsgruppe befasst sich ganz allgemein mit der Entwicklung von Teilchenbeschleunigern und den Technologien, die diese Maschinen benötigen. Insbesondere Instrumente, die Teilchenstrahlen charakterisieren können. Dabei haben wir den Ansporn, dass wir alles messen wollen: von Elektronen über Protonen zu schweren Ionen und von ganz niedrigen zu ganz hohen Energien.

Wo begegnet diese Forschung dem Alltag der Menschen?

Wir arbeiten direkt mit Krankenhäusern zusammen und verbessern die Krebstherapie. Wir entwickeln neue Diagnosen und bildgebende Methoden, um zum Beispiel Patienten nach einem Fahrrad- oder Skiunfall schneller und besser helfen zu können. Man kann Röntgenstrahlen im Krankenwagen mobil verfügbar machen anstatt nur in Krankenhäusern.

Kommen wir zu dem Instrument, für das Sie ausgezeichnet wurden. Was macht der „Beam Gas Curtain“-Monitor genau?

Das ist ein äußerst dünner Gasstrahl, der einen Teilchenstrahl durchkreuzt und dann detaillierte Informationen über diesen Strahl liefert. Wir haben diese Art der Technologie ursprünglich für ganz niedrige Energien entwickelt. Da man bei diesen relativ leicht Strahlen zerstören kann, benötigten wir etwas, das man einführen kann und mit dem Strahl zwar wechselwirkt, ihn aber im Wesentlichen nicht beeinflusst. Dann gab es plötzlich die Herausforderung, dass am Cern ein Upgrade installiert wurde, das den weltweit energiestärksten Beschleuniger, den Large Hadron Collider (LHC), noch stärker machen sollte. Und da kamen wir mit unserem Strahlenmonitor und haben gesagt: Warum bauen wir das nicht in den LHC ein?

Das klingt zunächst nach einer ungewöhnlichen Idee. Wie wurde sie am Cern aufgenommen?

Am Anfang hat das natürlich keiner gemocht. Denn die Idee, dass man in diesem Beschleuniger, wo ja ein perfektes Vakuum herrscht, plötzlich jemand daherkommt und da ein zusätzliches Gas einführt, war eigentlich undenkbar. Aber wie man in Hessen ja sagt: „Geht net, gibt’s net.“

Wie ging es dann weiter?

Wir haben diesen Monitor erst in unseren Laboren in England getestet, dann in die Schweiz verschifft, dort weitere Tests durchgeführt und 2023 haben wir endlich den Monitor in den LHC eingebaut. Die Qualität der Daten hat sofort alle überzeugt, denn das ist heute das einzige Instrument, das es schafft, sowohl Protonen als auch Schwerionen im LHC von der Injektionsenergie bis zur Maximalenergie zu vermessen und zu verfolgen. Die Operateure im Kontrollraum des LHC können dadurch sehen, wie sich der Strahl entwickelt. Es gibt Filme davon. Das sind Einblicke, die es vorher nie gab.

Was bedeutet das für Sie?

Das ist für uns als kleine Universitätsgruppe natürlich ein Traum, der wahr geworden ist. Unser Instrument ist in einem der weltweit anspruchsvollsten Beschleuniger eingebaut und wird im Prinzip täglich benutzt.

Gab es auf dem langen Weg trotzdem Momente, in denen Sie dachten: Das schaffen wir nicht?

Ja, also von Anfang an war das ein sehr hohes Risikoprojekt, bei dem der Ausgang unklar war. Da es so viele Barrieren auf dem Weg dorthin gab, war es sehr viel wahrscheinlicher, dass das nichts wird. Am Ende war es dann wirklich die Zusammenarbeit mit den Kollegen vom Cern und auch von der GSI (Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung; Anm. d. Red.) in Darmstadt, mit denen wir das möglich gemacht haben.

Ein Blick zurück in die Jugend. Wie sind Sie zur Physik gekommen?

Ich hatte mein Abitur an der Einhardschule gemacht und damals meinen Schwerpunkt auf Mathematik und Chemie. Erst kurz vor dem Abitur habe ich mich für Physik entschieden, nachdem ich bei der Degussa in Frankfurt einen Physiker kennenlernen durfte, der mir Einblicke in den Alltag gegeben hat. Das hat mich so fasziniert, dass ich gedacht habe: Ach komm, mach‘ doch Physik. Das ist vielleicht doch spannender.

Hätten Sie sich damals vorstellen können, mal am Cern zu forschen?

Nein, absolut nicht. Ich wollte eigentlich immer in die Privatwirtschaft gehen, habe dann zusätzlich auch BWL studiert. Aber nach der Promotion hat es sich dann doch anders ergeben: Ich habe für drei Jahre ein Fellowship (befristete Mitgliedschaft in einer wissenschaftlichen Gemeinschaft, Anm. d. Red.) am Cern erhalten und seitdem hat mich das nicht mehr losgelassen.

Das war eigentlich undenkbar. Aber wie man in Hessen ja sagt: ‚Geht net, gibt’s net.‘

Sie sind in Mainhausen aufgewachsen, in Seligenstadt zur Schule gegangen. Inwiefern hat Ihre Herkunft Ihren Weg geprägt?

Bei uns in der Nähe, in Darmstadt, gibt es das GSI. Das ist ein Großlabor mit weltweiter Reputation, für das ich auch meine Diplom- und Doktorarbeit durchgeführt habe. Ich bin der deutschen Wissenschaft also schon immer sehr verbunden gewesen und auch geblieben. Die Faszination dafür wurde natürlich in der Schule geweckt.

Wie eng ist Ihre Verbindung zur Region heute noch?

Meine Eltern und Geschwister sind nach wie vor in der Rhein-Main-Region ansässig, daher komme ich schon noch regelmäßig. Mittlerweile ist es ja auch über Videotelefonate leicht möglich, Kontakt zu halten. Wir haben alle paar Jahre Absolvententreffen vom Abi-Jahrgang 1994 und treffen uns dann in Seligenstadt in der Einhardschule.

Wie geht es nun weiter? Steht schon das nächste große Projekt in den Startlöchern?

Ja, mit dem Monitor. Der eröffnet spannende Möglichkeiten, etwa in Krankenhäusern, wo Patienten für die Krebstherapie bestrahlt werden. Davor musste die Maschine erst getestet werden, bevor die Bestrahlung überhaupt starten kann. Mit unserem Monitoring können wir die Sicherheitsprüfungen während der Bestrahlung machen.

Welchen konkreten Vorteil hätte das für Patienten?

Wir würden sehen, welcher Strahl an den Patienten geliefert wird. Sollte da etwas nicht passen, könnten wir die Bestrahlung sofort abbrechen oder optimieren. Das würde die morgendliche Justierung der Maschine komplett ersparen. So könnten wir ungefähr 10 bis 15 Prozent der täglichen Strahlzeit dazugewinnen, somit 10 bis 15 Prozent mehr Patienten bestrahlen und 10 bis 15 Prozent mehr Leben retten. Wir schauen also jetzt, wie wir diese Technologie, die wir momentan im Laboratorium einsetzen, auch in ganz anderen Gebieten einsetzen können, um da auch helfen zu können.