Bei GSI entsteht das neue Beschleunigerzentrum FAIR. Erfahren Sie mehr.

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Erstes Magnetmodul einer Serie für FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 angeliefert: Kalttests laufen

30.01.2020

Die Technologie hinter dem FAIR-Projekt ist einzigartig und in vielen Bereichen maßgefertigt. Im großen Ringbeschleuniger SIS100, dem Herzstück des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR, werden verschiedene ausgefeilte Magnete und ganze Magnetsysteme dafür sorgen, dass der Ionenstrahl präzise gelenkt und fokussiert wird. Zu ihnen gehören auch die Quadrupolmodule. Das erste (FoS, First of Series) ist nun fertiggestellt und zu GSI geliefert worden. Vor der Auslieferung nach Darmstadt hat das Modul bereits erfolgreich ein umfangreiches Testprogramm (FAT, Factory Acceptance Test) unter Raumtemperatur-Bedingungen beim Hersteller Bilfinger Noell in Würzburg durchlaufen.

Das Quadrupol-Doublet-Modul besteht aus zwei supraleitenden Quadrupoleinheiten, die am Joint Institute for Nuclear Research (JINR) im russischen Dubna gefertigt wurden, und verschiedenen von GSI gelieferten, kryogenen Komponenten (beispielsweise Strahlpositionsmonitore, Ionenfänger und dünnwandige Quadrupolkammern). Neben der Integration dieser Komponenten des Quadrupolmoduls ist Bilfinger Noell auch für die Fertigung des Kryostatbehälters, des gemeinsamen Tragwerkes, des Wärmeschildes und anderer Teile verantwortlich.

Vor der Integration der Komponenten muss die kalte Masse – also der zu kühlende Teil der Magnete – auf  zwei gemeinsame Träger montiert und installiert werden. Die dabei erforderliche hochpräzise Positionierung der kalten Masse wird, ähnlich wie bei den Dipolmagneten, mit einem speziellen Gestänge erreicht. Insgesamt ist der hohe Integrationsgrad eine der großen Herausforderungen der SIS100-Quadrupolmodule. Denn die Integration von zwei Quadrupol-Einheiten in einem gemeinsamen Kryostatbehälter ist eine Konstruktion, die von anderen Beschleunigeranlagen abweicht.

Der Vorteil dieses neuartigen Designs: Es ermöglicht eine kompakte Bauweise des FAIR-Ringbeschleunigers SIS100, erlaubt außerdem die Anwendung innovativer Technologien wie beispielsweise kryogener Ionenfänger und bietet ionenoptische Vorteile. Da diese Technologie bisher noch nirgends realisiert wurde, war der erste Kalttest des gelieferten Moduls bei seiner endgültigen Betriebstemperatur von -270 Grad ein besonders spannender Moment für das Projektteam und von großer Bedeutung für das SIS100-Projekt.

Der erste Kalttest wurde bei GSI an der Testeinrichtung für supraleitende Beschleunigermagneten (STF, Series Test Facility) vorgenommen. Das Ergebnis: Der gemeinsame Träger zeigte eine lineare Schrumpfung, aber keine signifikante seitliche Bewegung der Position der Quadrupol-Einheiten. Die experimentelle Verifikation dieses erwarteten Verhaltens des Trägers bei Temperaturwechseln war ein wichtiger Schritt für das gesamte SIS100-Projekt. In den kommenden Wochen und Monaten wird das Modul sorgfältig evaluiert. Dazu gehören unter anderem Hochspannungsisolationstests und geometrische Messungen, Untersuchungen zur thermomechanischen Belastung und Leistungstests mit den Haupt- und Korrekturmagneten.

Begleitet wird das Testprogramm von Fachleuten des italienischen nationalen Kernphysikinstituts (INFN, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). In der Einrichtung im italienischen Salerno werden später weitere Tests, die SATs (Site Acceptance Tests) der gesamten Quadrupol-Modulreihe, durchgeführt. Hierfür wurden in der zweiten Jahreshälfte 2019, mit dem INFN und der Universität Salerno verschiedene vertragliche Vereinbarungen getroffen. (BP)


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Das erste Quadrupolmodul für den FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 ist auf dem Campus angekommen.
Foto: G. Otto / GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

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