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29.07.2016 | Brückenschlag: Polnischer Beitrag für Bypass im FAIR-Beschleunigerring ist angekommen

Foto: G. Otto/GSI Helmholtzzentrum

Bypass-Teilstück

Foto: G. Otto/GSI Helmholtzzentrum

Besuch aus Polen

 

Ohne extreme Kälte geht gar nichts im neuen Beschleunigerring SIS100, dem Herzstück der zukünftigen FAIR-Anlage. Weltweit werden derzeit Komponenten für FAIR neu entwickelt und gebaut, nun ist eine entscheidende Komponente für die Kühlung im 1100 Meter langen Ringbeschleuniger in  Darmstadt angekommen: der erste Teil von mehreren Bypass-Leitungen, die um den ganzen Ring angeordnet sind, um den Transport des Kältemittels (flüssiges Helium) an die richtigen Stellen sicherzustellen. Rund 30 solcher Komponenten, jeweils bis zu zwölf Meter lang, garantieren so konstant die benötigte Kälte (von -268,6 °C) im gesamten Ringsystem.

Das erste Bypass-Teilstück  ist ein polnischer Beitrag für FAIR, gefertigt von der Breslauer Firma Kriosystem, basierend auf Design und Vorentwicklungen der Technischen Universität Breslau (Politechnika Wroclawska). Auch die Jagiellonen-Universität (Uniwersytet Jagielloński) in Krakau ist als Vertragspartner von FAIR entscheidend involviert.

Peter Spiller, Teilprojektleiter bei GSI, der für den Bau des Ringbeschleunigers SIS100 verantwortlich ist, erläutert: „Der Bypass sorgt dafür, dass die kalte Temperatur durchgängig gehalten werden kann.“  Die Herausforderung für die Kältetechnik (Kryotechnik) dabei: Die leistungsstarken  Magneten von SIS100, die die Teilchen lenken, auf ihrer Kreisbahn halten und bündeln,  müssen extrem kalt sein.  Direkt daneben jedoch schließen sich Beschleunigerkomponenten an, die bei Raumtemperatur betrieben werden, beispielsweise Hochfrequenzsysteme, Injektions- oder Extraktionssysteme. Für diese warmen Komponenten wird somit eine Überbrückung benötigt, die auch an diesen Stellen wie eine Thermoskanne die extrem kalten Temperaturen im Ringsystem erhalten kann – der Bypass.

Sechs Abschnitte gibt es im Beschleunigerring, die jeweils mit Bypässen überbrücken werden müssen, berichtet Thomas Eisel, der für die lokale Kryogenik verantwortliche Arbeitspaketleiter. Die Bypässe transportieren sowohl flüssiges Helium als Kältemittel als auch elektrischen Strom von mehreren tausend Ampere und führen beides zu den Magneten. Für das  Synchrotron SIS100 von FAIR werden die supraleitende Magnete nicht nur für die Strahlführung benötigt, sondern auch, um die in den Magneten befindliche Vakuumkammern bis nahe an den absoluten Nullpunkt abzukühlen. An der extrem kalten Kammeroberfläche bleiben dann die im Strahlrohr befindlichen Restgase haften, so dass ein extrem niedriger Restgasdruck im Strahlrohr erzeugt wird. Die Magnetkammer dient somit als Super-Vakuumpumpe.  Ein extrem gutes Vakuum ist unabdingbar, um Schwerionenstrahlen mit hohen Intensitäten zu erzeugen, eine der Kernaufgaben von FAIR.

Doch eine Supraleitung wird erst durch eine extreme Kühlung der Magnetspulen mit flüssigem Helium auf 4,5 Kelvin (entspricht -268,6° C) erreicht. Das ist der Temperaturmaßstab für das gesamte kryomagnetische System von SIS 100.

Das nun gelieferte rund sieben Meter lange Stück des Bypasses steht derzeit in der Test-Facility von GSI und FAIR und soll dort nun genau unter die Lupe genommen werden:  Heruntergekühlt auf -268,6° C, muss es zahlreiche Belastungen bestehen. Ist alles gut isoliert oder sind etwa Schweißnähte undicht? Tritt möglicherweise Helium aus? Bricht die Supraleitung zusammen? Kommt es zu Schäden aufgrund des hohen elektrischen Stromes? Wenn alle Untersuchungen absolviert sind, wird das Bypass-Teilstück zwischengelagert, in den kommenden Monaten sollen weitere Komponenten folgen.


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Bypass-Teilstück
Besuch aus Polen
Das Bypass-Teilstück steht derzeit in der Test-Facility von GSI und FAIR.
Vertreter der polnischen Partnereinrichtungen trafen sich in Darmstadt mit GSI/FAIR-Wissenschaftlern und Management.
Foto: G. Otto/GSI Helmholtzzentrum
Foto: G. Otto/GSI Helmholtzzentrum