Fortschritte beim Linearbeschleuniger HELIAC: Kryomodul getestet

11.10.2021

Mit dem HElmholtz LInear ACcelerator HELIAC ist bei GSI/FAIR ein Dauerstrich-Linearbeschleuniger in Planung, der mit seinem kontinuierlichen Teilchenstrahl neue Forschungsmöglichkeiten eröffnet. Das erste kryogene Beschleunigermodul des HELIAC, der sogenannte Advanced Demonstrator, wurde nun erstmals mit flüssigem Helium auf vier Kelvin abgekühlt und getestet.

Insgesamt fünf Meter lang ist der Kryostat des HELIAC-Demonstrators. In Zukunft wird er drei Beschleunigerkavitäten vom Typ Crossbar H-mode (CH) sowie eine Strahlfokussierungskavität (Buncher) enthalten. Diese Komponenten befinden sich noch im Test bzw. in der Fertigung. Deshalb sind zum jetzigen Zeitpunkt äußerlich identische Ersatzkavitäten verbaut, die jedoch keine inneren Strukturen enthalten. Sie werden genutzt, um das mechanische Verhalten des Moduls unter Abkühlung zu untersuchen. Bereits fertig eingebaut sind zwei Solenoidlinsen und zwei Korrekturelemente – beide supraleitend.

Erstmals konnte der Demonstrator nun erfolgreich auf vier Kelvin heruntergekühlt werden. Dazu wurde flüssiges Helium von der GSI-Magnettestanlage verwendet. Die supraleitenden Solenoidlinsen wurden genutzt, um Schwerionenstrahl aus dem GSI-Hochladungsinjektor durch das Kryomodul zu fokussieren und mit Hilfe von Korrekturspulen auf der Achse zu halten.

„So konnten mit dem Aufbau bereits alle relevanten transversalen strahloptischen Untersuchungen erfolgreich durchgeführt werden. Damit ist ein wichtiger Zwischenschritt bei der Inbetriebnahme des Moduls erreicht“, erläutert Professor Winfried Barth, Leiter der Sektion 1 für Beschleuniger und integrierte Detektoren am Helmholtz-Institut Mainz und gleichzeitig Leiter der Abteilung „Linac“ bei GSI/FAIR. Das Helmholtz-Institut Mainz, eine Außenstelle von GSI, verantwortet alle Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zum Bau des HELIAC.

„In Kürze wird der Advanced Demonstrator in das Labor für Supraleitende Radiofrequenz des Helmholtz-Instituts Mainz transportiert, das einmalige Fertigungsinfrastruktur zur Verfügung stellt und die zur Endmontage des Kryomoduls erforderlichen hochreinen Bedingungen bereit stellt“, ergänzt sein Stellvertreter und HELIAC-Projektleiter Dr. Maksym Miski-Oglu. „Dort sollen in einem nächsten Schritt die drei funktionalen CH-Kavitäten und der Buncher in das Kryomodul integriert werden. Die endgültige Inbetriebnahme mit Schwerionenstrahl ist für Mitte 2022 bei GSI/FAIR geplant.“

Die ebenfalls supraleitenden CH-Kavitäten des HELIAC können schwere Ionen mit hoher Effizienz beschleunigen. Aufgrund ihres Dauerstrich-Betriebsmodus bezeichnet man den Aufbau auch als cw-Linac (cw für engl. continuous wave). Von dem kontinuierlichen Teilchenstrahl des HELIAC sollen in Zukunft mehrere Experimentbereiche profitieren, beispielsweise die Forschung an neuen superschweren Elementen und die Materialforschung. (CP)



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