Das Besondere am Garchinger Forschungsreaktor war von Anfang an, daß junge Wissenschaftler in enger Anbindung an zwei Hochschulen sowie an andere wissenschaftliche Institute selbständig Forschungen betreiben konnten. Im ersten Jahr, 1958, experimentierten bereits 100 Wissenschaftler ganztägig am Reaktor; 1962 waren es ca. 210. Sie hatten dort hautnahen Kontakt mit modernster Technik und dem Betriebspersonal.

Die Hochschule ist ein Ort größtmöglicher Freiheit, der Reaktor ein Ort größtmöglicher Ordnung und strengster Vorschriften. Stets wurden die erforderlichen Kompromisse zwischen Wissenschaftlern und Betriebspersonal gefunden. Zu größeren Differenzen kam es nicht. Meistens fand sich auch eine Möglichkeit, besondere Wünsche in die Tat umzusetzen. Die Garchinger Bedingungen, die sich von einem stärker reglementierten Kernforschungszentrum unterschieden, wirkten befruchtend. In Garching war es überdies von Anfang an Brauch, daß Physiker und Chemiker der Betriebsmannschaft wissenschaftlich arbeiten konnten. Von daher kam es zu Synergien.

An Ideenreichtum hat es den betreuenden Professoren und den jungen Wissenschaftlern nicht ge- fehlt. Wichtig war, das Wesentliche zu erkennen und in die Tat umzusetzen. Wie zahlreiche bedeutende Forschungsleistungen bezeugen, ist dies gelungen. Stets war die Anzahl der Ideen größer als die der umsetzbaren Arbeiten. Somit war stets die Möglichkeit gegeben, sich aus einer Mehrzahl von Themen das attraktivste herauszusuchen.

Am Garchinger Forschungsreaktor hatten anfangs Kernphysik, Neutronenphysik, Festkörperphysik sowie Bestrahlungstechnik und Radiochemie Priorität. Reaktorphysik wurde nur insofern betrieben, wie sie zum Erkenntnisgewinn für den hauseigenen Reaktorbetrieb diente. Vom Betriebsablauf her wären reaktorphysikalische Arbeiten nur ungünstig mit dem sonstigen Forschungsprogramm in Einklang zu bringen gewesen. Denn hierfür benötigt man in der Regel eine kleine und veränderliche Leistung und einen flexiblen Reaktorbetrieb. Kern- und Neutronenphysik erfordern hingegen eine Neutronenquelle mit konstanter Nennleistung und möglichst vielen Neutronen je Flächen- und Zeiteinheit.

Lebensdaten von Heinz Maier-Leibnitz

Professor Dr. Maier-Leibnitz unterstützte den Bau von kommerziellen Kernkraftwerken und sprach sich für eine eigene deutsche Reaktorentwicklung aus, da er Exportchancen für die deutsche Industrie sah. So befürwortete er die Errichtung eines von der Industrie finanzierten Institutes auf dem Re- aktorgelände, das den Forschungsreaktor für reaktorphysikalische Untersuchungen nutzen könnte.¹⁵¹ Dazu kam es in dieser Form nicht. Die Abteilung Reaktorentwicklung der Firma Siemens in Erlangen importierte jedoch 1958 einen kleinen Modellreaktor "Argonaut" aus den USA und baute ihn in direkter Nachbarschaft des Garchinger Geländes auf einer Außenstation auf.¹⁵²

Professor Dr. Heinz Maier-Leibnitz förderte auch den Aufbau einer Reaktorstudiengruppe an der TH München, wie sie Mitte 1956 unter Leitung von Professor Dr. Ernst Schmidt ins Leben gerufen wurde. Doch sollte der Forschungsreaktor nach den Vorstellungen von Professor Dr. Maier-Leibnitz primär der Grundlagenforschung ("weil ich bei unserem Reaktor extrem die reine Wissenschaft bevorzuge"¹⁵³) und Nachwuchsschulung dienen aber kein technisches Forschungsprogramm wie in Karlsruhe betreiben. Auch persönlich wollte er zugunsten von Lehre und Forschung sich nicht zu stark im Bereich der Leistungsreaktorentwicklung engagieren. So beabsichtigte er 1958, sich aus der Fachkommission III und dem Arbeitskreis "Kernreaktoren" der Deutschen Atomkommission zurückzuziehen. Auf Bitten von Bundesatomminister Dr. Balke behielt er jedoch seinen Sitz, wenngleich mit zeitlich reduzierter Mitarbeit.¹⁵⁴

Mittelbar kamen die Garchinger Forschungen aber auch der Kerntechnik zugute. So wurden durch die Neutronenphysik grundlegende reaktorphysikalische Erkenntnisse gewonnen, da Reaktorbaustoffe wie Uran, Graphit, Stahl etc. unter der Einwirkung von Strahlungen Strukturveränderungen erleben, die zur Lebenszeitverkürzung von Baukomponenten führen können. Vor allem aber trug der Forschungsreaktor dazu bei, selbständig arbeitende Physiker und Techniker auszubilden. Daran mangelte es damals in der Bundesrepublik Deutschland besonders. Ausbildung war neben der Forschung der zentrale Punkt des "1. Atomprogrammes" (1956-1963) der Bundesregierung. Die Nachwuchschulung lag Professor Dr. Heinz Maier-Leibnitz denn auch besonders am Herzen. Die Abwerbung talentierter junger Wissenschaftler durch die USA hielt an. Dort lockten damals wesentlich höhere Gehälter. In den USA erhielt im Jahr 1956 ein Assistent ein Jahresgehalt von rund 40000 US $ (damals etwa 160000 DM) - verglichen mit 24000 DM in der Bundesrepublik Deutschland.¹⁵⁵ Professor Dr. Maier-Leibnitz suchte daher zumindest das Ausbildungsniveau in Garching so attraktiv wie möglich zu gestalten.

Einen ständigen Kampf mußte er um ausreichende finanzielle Mittel führen. So klagte er im Jahr 1956: "Die Institutsdirektoren sind hoffnungslos überlastet. Die Institute sind überfüllt, die Mittel für die einzelnen Arbeiten sind völlig unzureichend, und es wird sehr viel Zeit und Arbeitskraft damit verbraucht, zusätzliche Mittel zu beschaffen."¹⁵⁶ Ein Jahrzehnt später sah es nicht wesentlich besser aus: Professor Dr. Maier-Leibnitz beklagte sich über Mittelkürzungen, die zu einer Einschränkung der Forschungstätigkeit geführt hätten.¹⁵⁷ Immerhin konnte er mit seinen Kollegen, den Professoren Wild, Riehl und Brenig, 1964 Kultusminister Professor Dr. Theodor Maunz sechzehn Professorenstellen für Physik an der TH München, darunter zahlreiche neu eingerichtete, und einen Etat von 1,6 Mio. DM abtrotzen.¹⁵⁸

Die Erfolge des Garchinger Forschungsreaktors sind untrennbar mit dem Namen seines Leiters, Professor Dr. Heinz Maier-Leibnitz, verbunden. So hatte er mit dem "swimming pool"-Typ einen idealen Forschungsreaktor ausgesucht. Er ist übersichtlich aufgebaut und kann innerhalb einer halben Stunde auf seine Nennleistung gebracht werden. Der Reaktorkern kann im Becken vor- und zurückgefahren werden und ist von allen Richtungen leicht zugänglich. Während der Reaktorkern im Lagerbecken "geparkt" wird, können im Arbeitsbecken in aller Ruhe Experimentiereinrichtungen aufgebaut werden. Während andere "swimming pool"-Reaktoren wie in Braunschweig kein Lagerbecken aufweisen, hatte Professor Maier-Leibnitz in weiser Voraussicht diese Einrichtung gewählt. Strahlrohre können nach außen durch die Abschirmung geführt und relativ einfach installiert werden. Abschirmprobleme treten nicht auf, Versuchsanordnungen können auch im Wasser aufgebaut werden. Hervorzuheben ist außerdem der Ideenreichtum von Professor Dr. Heinz Maier-Leibnitz, der zu vielen interessanten Experimenten und neuen Wegen bei deren Umsetzung führte.

Nicht unerwähnt bleiben soll seine Bescheidenheit. 1958 schrieb er an den Export-Club München e.V.: "Ich halte es für einen Irrtum, wenn Sie glauben, daß es richtig ist, einen Empfang zu meinen Ehren zu veranstalten. Ich hab nichts getan, was diese Ehre rechtfertigen würde, außer daß ich einer gerade in Mode gekommenen Forschungsrichtung der Physik angehöre."¹⁵⁹

Zukunftsweisend war beispielsweise seine Idee, Streukörper bzw. Proben (Targets) möglichst dicht am Reaktorkern, also am Anfang eines Strahlrohres bzw. eines Strahls, anzuordnen und nicht, wie bisher üblich, erst im Strahl in der Nähe der Meßapparatur. Diese Anordnung bringt experimentelle Vorteile, weil so ein gut gebündelter Strahl der benötigten Sekundärstrahlung mit hoher Intensität verfügbar wird. Auf diesem Prinzip bauten mehrere Apparaturen auf, z. B. ein Massenspektrometer für Spaltprodukte, ein Beta-Spektrum für Elektronen nach Neutroneneinfang im Kern, später die Konverteranlage für die Bestrahlung krebskranker Patienten sowie diverse Transmissionsmeßplätze, die durch besondere Präzisionsmessungen bekannt wurden. Rudolf Mößbauer, ein Schüler von Professor Dr. Heinz Maier-Leibnitz, erhielt 1961 den Nobelpreis für Physik. Die Entdeckung war allerdings noch nicht mit Hilfe des Reaktors erfolgt. Als Mößbauer im Auftrag seines Lehrers als Doktorand im Heidelberger Max-Planck-Institut mit Gammastrahlung von Iridium die Kernresonanzstreuung untersuchte, kam er 1957 zu dem überraschenden Ergebnis, daß der Wirkungsquerschnitt mit abnehmender Temperatur stark ansteigt und erklärte dieses Phänomen als rückstoßfreie Resonanzstreuung. Der nach Mößbauer benannte Effekt hatte bedeutende Auswirkungen für die Festkörperphysik: So ermöglichte der Effekt präzisere Experimente mit deutlich höherer Energieauflösung.¹⁶⁰

Professor Dr. Maier-Leibnitz äußerte anläßlich der Verleihung des Nobelpreises für Physik an seinen Schüler Mößbauer: "Herr Mößbauer hatte von mir die Aufgabe bekommen, Resonanzfluoreszenz mit Hilfe der Temperaturabhängigkeit der Absorption oder Streuung zu messen (...).

Dabei sollte er darauf achten, daß in Wirklichkeit die Atome nicht frei sind, sondern daß Bindungseffekte auftreten müssen. Die rückstoßfreie Linie haben wir allerdings nicht vorhergesagt, sondern Herr Mößbauer hat sie erst auf Grund seiner Ergebnisse durch Auswertung der Arbeit von Lamb erschlossen."¹⁶¹

Ab 1959 setzte Mößbauer seine Arbeiten bei Professor Dr. Maier-Leibnitz in Garching fort. Der Nobelpreis trug wesentlich zur Popularität seines Lehrers, des von ihm geleiteten Laboratoriums und Forschungsreaktors bei. Physiker in vielen Ländern wurden auf Garching aufmerksam, regten Forschungen an oder kamen sogar selbst als Gastforscher zum Reaktor.

Zum stellvertretenden Institutsleiter berief Professor Dr. Maier-Leibnitz den im Bereich der Festkörperphysik versierten Kernphysiker Professor Dr. Nikolaus Riehl.¹⁶² Das erste Forschungsprogramm hatte Professor Dr. Maier-Leibnitz im Frühjahr 1957 bei einem Skiurlaub in Arosa entworfen.¹⁶³

Die Zahl der Versuchsanmeldungen stieg in den ersten Jahren des Routinebetriebes deutlich an. Zunächst konzentrierte man sich auf kernphysikalische Grundlagenforschung. Untersucht wurden der Prozeß der Kernspaltung und die Wechselwirkung zwischen Neutronen und Atomkernen.

Auch hier bewährte sich der Aufbau von Targets direkt am Reaktorkern. Als der Physiker Armbruster beispielsweise den Auftrag erhielt, nukleare Spaltprodukte zu untersuchen und die Ladungs- und Massenverteilung mittelschwerer Atomkerne zu messen, installierte er hierzu eine Uranfolie dicht am Reaktorkern. So entstand an den Detektoren ein gut gebündelter Strahl von Spaltprodukten. Seine in Garching erworbenen Erkenntnisse wandte Armbruster später erfolgreich am Schwerionen-Beschleuniger der GSI in Darmstadt an. Damit konnte er neue superschwere Elemente aus den Reaktionsprodukten isolieren, die beim Zusammenprall sehr energiereicher schwerer Atomkerne (Wismut, Blei) entstehen. Grundlegende Erkenntnisse über die Struktur der Atomkerne wurden daraus gewonnen.

Ebenfalls mit Targets in Reaktorkernnähe untersuchten Till von Egidy die Energiespektren von Elektronen und Otto Schult die Spektren von Gammastrahlen, welche in Kernreaktionen mit Neutronen ausgesandt werden. Diese hochpräzisen Messungen von Kernanregungen erschlossen da-bei viele Probleme der Kernstruktur. Das Garchinger Elektronenspektrometer und das Gamma-Kristallspektrometer waren wegweisend für die späteren Spektrometer "BILL" und "GAMS" am Grenobler Hochflußreaktor. Ergebnis einer bahnbrechenden technischen Entwicklung Anfang der 60er Jahre waren die Neutronenleiter. In spiegelnden Glaskanälen im Innern von evakuierten Metallrohren werden die Neutronen durch "Totalreflexion" nahezu verlustfrei über größere Entfernungen geleitet. Durch eine schwache Krümmung des Leiters wird eine Separation der langsamen Neutronen von der Untergrundstrahlung erreicht. Der Vorteil von Neutronenleitern liegt im "sauberen" Neutronenspektrum und in der Tatsache, daß in größerem Abstand von der Neutronenquelle mehr Platz für Meßapparaturen zur Verfügung steht. Seither wurden Neutronenleiter in großem Umfang und sehr erfolgreich im Grenobler Reaktor und in vielen anderen in- und ausländischen Forschungszentren genutzt.

Spezielle kernphysikalische Meßinstrumente wurden am Garchinger Forschungsreaktor entwickelt. So z.B. das "Schwerkraftrefraktometer", in dem langsame Neutronen auf einer horizontalen Wegstrecke von 100 m unter der Einwirkung der Schwerkraft fallen.

Am Ende treffen sie auf einen perfekten Spiegel, an dem sie reflektiert werden. Messungen des Reflexionsgrades ermöglichen letztlich äußerst exakt die Bestimmung der Wechselwirkung zwischen Neutronen und den Atomen des Spiegelmaterials. Das Instrument war derart empfindlich, daß man später sogar die Wechselwirkung des Neutrons mit den Elektronen der Atomhülle nachweisen und quantitativ bestimmen konnte.

Die nukleare Festkörperphysik beschäftigt sich u.a. mit der Streuung von Neutronenstrahlen beim Auftreffen auf feste oder flüssige Körper. Durch Messung der Winkel- und Energieverteilung der gestreuten Neutronen werden wertvolle Erkenntnisse über atomare Struktur und Dynamik gewonnen. Besonders interessant sind Materialeigenschaften nahe von Phasenumwandlungen. Diese Ergebnisse waren von maßgeblicher Bedeutung, beispielsweise für das Verständnis mechanischer und elektrischer Eigenschaften kristalliner Stoffe. Als eines der ersten Meßinstrumente wurde 1958 in Garching ein "Zweiachsen-Diffraktometer" entwickelt, bei dem aus einem Neutronenstrahl mit kontinuierlicher Energieverteilung mittels Bragg-Reflexion an einem Blei-Einkristall monoenergetische Neutronen ausgefiltert werden. Die Einsatzmöglichkeiten dieses Instruments waren so vielseitig, daß es heute noch von der LMU betrieben wird.

In den frühen sechziger Jahren entwickelte Professor Dr. Maier-Leibnitz die wegweisende Rückstreu-Methode. Dabei werden aus einem Strahl von Neutronen mit verschiedenen Energien solche mit einer vorgegebenen Energie sehr monoenergetisch reflektiert. Das Instrument wird dazu eingesetzt, kleinste Energieänderungen des Neutrons bei der Streuung an einer Probe zu vermessen, was wiederum eine präzise Bestimmung allerkleinster Bewegungen von Atomen in Festkörpern und Flüssigkeiten ermöglicht.

Durch Kombination der Rückstreuung mit einem 150 Meter langen Neutronenleiter (übrigens der längste der Welt) entstand das sogenannte Flugzeit-Rückstreu-Diffraktometer. Der anfängliche kontinuierliche Neutronenstrahl wird durch "Chopper" in kurze Pulse zerhackt.

Am Ende der Neutronenleiterstrecke, wo die Neutronen um fast 180° rückgestreut werden, wird deren Flugzeit zusätzlich auf einige Mikrosekunden genau gemessen. Mit dieser Methode wird eine ungewöhnlich gute Auflösung erreicht, so daß geringste Verzerrungen im Atomgitter (wie sie z. B. durch innere Spannungen nach Bearbeitungsvorgängen auftreten) nachgewiesen wurden.

Seit 1962 werden am Reaktor auch Bestrahlungen bei tiefer Temperatur (4 K = -269°C) durchgeführt - eine in der Welt einmalige Experimentiermöglichkeit. Schnelle Neutronen können Atome aus dem Kristallgitter "herausboxen", die sich als Zwischengitteratome irgendwo anlagern. Diese punktförmigen Gitterdefekte ändern wichtige makroskopische Eigenschaften der Probe. Bei der tiefen Temperatur bleiben die durch Strahlung erzeugten Defekte "eingefroren" und können über längere Zeiträume untersucht werden. Bei langsamem Erwärmen der Probe tritt weitgehend ein Ausheilen der Defekte durch Diffusion ein, was für viele technische Fragestellungen von großer Bedeutung ist. Mit dieser Anlage wurden viele grundlegenden Erkenntnisse über die Bildung sowie Ausheilung von Strahlenschäden gewonnen.

Auch für anwendungsorientierte Fragen wurde die von Professor Dr. Werner Schilling entwickelte Tieftemperatur-Bestrahlungsanlage eingesetzt (z. B. Untersuchung supraleitender Stoffe oder Strukturmaterial für Fusionsanlagen).