25.10.2017

 

Erster Hauptmagnet für den neuen FAIR-Ringbeschleuniger ist angekommen:

Beginn der Serienlieferung von 110 Magneten


Viele Jahre Entwicklungsarbeit stecken in den 2 Tonnen schweren Präzisionsinstrumenten. Die SIS100-Dipole sind ein Sachbeitrag des Partnerlands Deutschland zu FAIR.

Geschafft: Die Serienlieferung der SIS100-Umlenkmagnete (Dipole) hat begonnen. (Fotos: Gaby Otto, GSI)

Der Bau von Komponenten für die neue Teilchenbeschleunigeranlage FAIR am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt macht große Fortschritte. Das Herzstück der künftigen Anlage, der 1,1 Kilometer große Ringbeschleuniger SIS100, ist dabei in technologischer Hinsicht sehr anspruchsvoll. Nun ist ein wichtiger Schritt erfolgt: Der erste Hauptmagnet der Serienproduktion für den neuen Schwerionen-Kreisbeschleuniger ist angeliefert worden. Die Fertigung der tonnenschweren Magnete erfordert hochpräzise mechanische Bearbeitungs- und Analyseverfahren.

 

Zur Erzeugung des Magnetfeldes, das die Strahlen auf eine Kreisbahn zwingt, werden spezielle Elektromagnete verwendet, außerdem wird eine besondere Vakuumkammer eingesetzt. Beide Komponenten werden bei deutschen Herstellern gefertigt: die Dipolmagnete in Würzburg bei der Firma Babcock Noell (BNG), die Vakuumkammer bei der unweit davon gelegenen Firma PINK in Wertheim. Die Dipolmagnete werden im Betrieb auf -270 Grad abgekühlt, um in der zum Einsatz kommenden Magnetspule Supraleitung herzustellen. Supraleitung bedeutet, dass der Strom, anders als in den üblichen Kupferkabeln, ohne jeglichen elektrischen Widerstand fließt. Auf diese Weise lassen sich sehr kompakte Magnete bauen, und die elektrische Pulsleistung der Beschleunigeranlage lässt sich begrenzen.

 

Darüber hinaus ermöglichen die bis nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlten Magnete die Integration einer ebenso kalten Vakuumkammer, in der der beschleunigte Ionenstrahl umläuft. Zur Beschleunigung von intensiven Strahlen schwerer Ionen wird ein Vakuumzustand im Strahlrohr benötigt, der den Bedingungen im Weltraum sehr nahe kommt. Die Vakuumkammer wirkt dabei als Superpumpe, an deren Wand die restlichen Gasteilchen, die durch konventionelle Vakuumpumpen nicht beseitigt werden, ausfrieren.

 

Die Magnete sind nicht nur hinsichtlich ihrer Supraleitung technologisch anspruchsvoll, sondern auch in Bezug auf die im Inneren zu erreichende mechanische Präzision. Für optimale Ergebnisse ist es nötig, dass die beiden Magnetpole mit einer Genauigkeit von jeweils ± Tausendstes Millimeter parallel zueinander stehen.

 

Die Firma BNG, die den Auftrag zur Herstellung der 110 benötigten Dipolmagnete für das Schwerionensynchrotron SIS100 bekommen hat, hatte an einem ersten Magnet, dem sogenannten „first of series (FOS)“, demonstrieren können, dass sie über die hierfür notwendige Fertigungstechnologie verfügt. Dieser bereits nach Darmstadt zur GSI gelieferte erste Dipolmagnet war an der eigens hierfür errichteten Serientestanlage bis nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlt und mit den im Beschleunigerbetrieb benötigten hohen elektrischen Strömen betrieben worden. Dabei durchfließt den etwa einen Zentimeter durchmessenden supraleitenden Draht ein Strom von etwa 17.000 Ampere. Zum Vergleich: Eine Haussicherung löst in der Regel bei 25 Ampere aus. Auch hier ist Präzision entscheidend: Bei so hohen Strömen besteht bei unpräziser Herstellung das Risiko, dass die Supraleitung des Drahtes zusammenbricht. Der geliefert FOS-Dipolmagnet hatte im Testprogramm bei GSI alle spezifizierten Eigenschaften erreicht. Nach dem erfolgreichen Abschluss der Abnahmetests hatte GSI die Freigabe zur Serienproduktion der Magnete erteilt. Die Firma BNG hat hierfür eigens eine neue Montagehalle bezogen.

 

Der erste Dipolmagnet nach Serienfreigabe wurde vor kurzem nach erfolgreichem FAT (factory acceptance test) zur GSI geliefert. Ab jetzt werden regelmäßig supraleitende Dipolmagnete zur GSI geliefert, 110 Stück bis 2019. Jeder Magnet durchläuft bei GSI ein vierwöchentliches Testprogramm. Bei erfolgreichem Abschluss werden die Magnete bis zur Fertigstellung des neuen Beschleunigertunnels eingelagert. Der Beginn der Installation im neuen Beschleunigertunnel ist für 2021 geplant. Im Jahr 2023 soll dann zum ersten Mal der zusammengebaute Teilchenbeschleuniger auf seine Betriebstemperatur von -270 Grad abgekühlt werden, um dann zeitnah den ersten Strahl für die Experimente an der FAIR-Forschungsanlage zu erzeugen.




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