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01.12.2016 | Langsam und wohldosiert: Neue sechspolige Magnete für den SIS100-Beschleunigerring

Foto: G. Otto/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Der neue Sextupol-Magnet

 

Das Herzstück der künftigen Beschleunigeranlage FAIR, der 1,1 Kilometer lange Ringbeschleuniger SIS100, glänzt vor allem durch eines: hochenergetische intensive Ionenstrahlen. Um diese im SIS100 beschleunigten Strahlen für Experimente nutzen zu können, müssen sie aus dem Ringbeschleuniger ausgelenkt, in Fachjargon: extrahiert werden. Nun ist der erste einer Reihe von sechspoligen Magneten in Darmstadt angekommen, die für die Realisierung der langsamen Extraktion aus dem SIS100 von zentraler Bedeutung sind.

Man unterscheidet zwischen schneller und langsamer Extraktion. Bei der schnellen Extraktion wird der gesamte Strahl mittels eines so genannten Kickers binnen einer Millionstel Sekunde aus dem Ring heraus ge’kicked‘, um z.B. in einen der anschließenden Speicherringe transferiert zu werden. Dagegen werden bei der langsamen Extraktion die im Ring umlaufenden Ionen über mehrere Sekunden mit möglichst konstanter Intensität ausgelenkt. Diese Art der Extraktion wird zum Beispiel für die FAIR-Experimente R3B und CBM benötigt.

Geliefert wurde der neue Resonanz-Sextupolmagnet von der dänischen Firma Danfysik, fünf weitere werden folgen. Jeder Magnet ist rund 1,6 Tonnen schwer, dabei rund 70 mal 80 Zentimeter lang, und besteht aus drei Nord- und drei Südpolen. Die sechs Magnete werden in den sechs Abschnitten des Beschleunigerrings eingebaut und ermöglichen über die Methode der so genannten Resonanz-Extraktion eine langsame und kontinuierliche Extraktion des Ionenstrahles aus dem SIS100. Bei diesem Vorgang werden nach Erreichen der gewünschten Strahlenergie die im Ring umlaufenden Teilchen zu resonanten, horizontalen Schwingungen um ihre Sollbahn angeregt. Dazu wird – unter anderem – die nicht-lineare Fokussierung der entsprechend programmierten sechs Resonanz-Sextupolmagnete eingesetzt. „Innerhalb weniger Umläufe gewinnen die Teilchen an Schwingungs-Amplitude, um schließlich durch das elektrostatische Septum aus dem SIS100 herausgelenkt zu werden“, erläutert Peter Spiller, Teilprojektleiter bei GSI, der für den Bau des Ringbeschleunigers SIS100 verantwortlich ist. Auf diese Weise ermöglichen die Resonanz-Sextupolmagnete ein Abschälen des Teilchenstrahles und damit die Extraktion eines über mehrere Sekunden dauernden Teilchenstroms für die Experimente.

„Inzwischen ist der erste Resonanz-Sextupolmagnet im Magnetfeld-Messstand auf dem Gelände des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung geprüft“, erläutern die Arbeitspaketleiter Carsten Mühle und Peter Rottländer. Danach kann die Serienfreigabe erfolgen. Peter Spiller hofft auf eine zügige Lieferung der übrigen Magnete: „Die Resonanz-Sextupolmagnete sind wichtige Komponenten des SIS100-Rings und essentiell für die Durchführung des FAIR-Forschungsprogramms.“


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Der neue Sextupol-Magnet
Der erste Resonanz-Sextupolmagnet wird im Magnetfeld-Messstand geprüft.
Foto: G. Otto/GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung