By using the website you agree to the use of cookies. Privacy Information

06.04.2018

 

Magnete im Kalttest

Erste Quadrupoleinheiten für großen FAIR-Ringbeschleuniger geprüft


Die ersten SIS100 Quadrupoleinheiten beim Kalttest an der neuen Testeinrichtung am Joint Institute for Nuclear Research (JINR) im russischen Dubna. Wegen des besonderen Designs der Quadrupoleinheiten musste hierfür eigens ein spezielles Test-Kühlgerät, der Testkryostat (blau), entwickelt und gefertigt werden. (Foto: JINR)

Serientesteinrichtung am Joint Institute for Nuclear Research (JINR) im russischen Dubna für supraleitende Magnete der beiden künftigen Beschleunigerzentren FAIR und NICA, die derzeit in Darmstadt und in Dubna entstehen. (Foto: JINR)

Hunderte von leistungsstarken Magneten werden benötigt, um die Teilchen im künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt entsteht, in einem präzisen Strahl bei nahezu Lichtgeschwindigkeit zu führen. Ganz unterschiedliche Arten von Magneten und ganze Systeme von Magneten werden dafür verwendet. Dazu gehören auch Quadrupolmagnet-Einheiten, die im großen Ringbeschleuniger SIS100 eingesetzt werden und von Russland als wichtiger Sachbeitrag zum FAIR-Projekt hergestellt und getestet werden. Die beiden ersten (FoS, First of Series) der 168 Quadrupoleinheiten wurden im vergangenen Jahr gefertigt und am Jahresende erfolgreich den Kalttests bis nahe an den absoluten Nullpunkt (kryogenes Testen) unterzogen. Damit ist ein weiterer wichtiger Schritt in der Entwicklung und Errichtung des SIS100 erfolgt.

 

Die tonnenschweren Quadrupoleinheiten bestehen jeweils aus einem supraleitenden Quadrupolmagneten, kombiniert in verschiedenen Zusammensetzungen mit supraleitenden Sextupol- und Steerermagneten (Korrekturmagneten). Supraleitung bedeutet, dass der Strom, anders als in den üblichen Kupferkabeln, ohne jeglichen elektrischen Widerstand fließt. Um Supraleitung herzustellen, werden die Einheiten im Betrieb auf rund -270 Grad abgekühlt.

 

Die Abnahmetests der FoS-Einheiten erfolgten in Russland in Anwesenheit einer GSI-Expertenmannschaft und dem zuständigen Arbeitspaketleiter Egbert Fischer. Bei den Leistungstests bei einer Betriebstemperatur um 4,5 K (das entspricht 4,5 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt bei rund -273 Grad) zeigten die Quadrupolmagnete ein einwandfreies Verhalten im schnellen Pulsbetrieb mit 23.000 Ampere pro Sekunde bis deutlich über den angestrebten maximalen Betriebsstrom von etwa 12.000 Ampere. Erste Auswertungen der gemessenen Magnetfelder weisen auf eine ausreichend gute Qualität hin, die im Rahmen der definierten Anforderungen liegt.

 

Mit der nun bevorstehenden Abnahme und dem Versand der FoS-Einheiten an FAIR wird demnächst die Freigabe der Serienfertigung angestrebt. Die beiden Einheiten durchlaufen bei GSI einen ersten Integrationstest und werden dabei gemeinsam mit weiteren Einbauten auf einem Trägersystem montiert.

 

Für die Durchführung der Kalttests der Serieneinheiten wurde in den vergangenen vier Jahren gemeinsam von GSI und dem Joint Institute for Nuclear Research (JINR) eine leistungsfähige Testanlage in Dubna, Russland, errichtet. Mit einer offiziellen Zeremonie war die Anlage Ende 2016 in Betrieb genommen worden. Sie dient dem Testen supraleitender Magnete für die beiden künftigen Beschleunigerzentren FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) und NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility), die derzeit in Darmstadt bei GSI und in Dubna am JINR entstehen. Die Anlage wird in etwa je zur Hälfte für die Magnete des NICA-Projektes und in Zukunft für die FAIR-Magnete des SIS100 verwendet werden. Ein entsprechender Vertrag zur operativen Durchführung des Serientestens soll in Kürze unterzeichnet werden. JINR übernimmt in diesem Zuge die SAT-Tests (Site Acceptance Tests) der Quadrupoleinheiten im Auftrag von GSI.

 

Bei der Errichtung von FAIR werden in zahlreichen Bereichen innovativsten Methoden und Techniken entwickelt und verwendet. Ein Beispiel dafür sind auch die Hauptquadrupole der Einheiten, die jetzt den Kalttest durchlaufen haben. Sie basieren auf einer Technologie, die erstmals für den Nuklotronbeschleuniger am JINR entwickelt wurde. Kern dieser Technologie ist ein sogenanntes Nuklotronkabel, das aus einem mit supraleitenden Strängen umwickelten Kupfernickel-Rohr besteht. Diese Kabeltechnologie unterscheidet sich grundsätzlich von den Rutherford-Kabeln, die in Hochfeldmagneten eingesetzt werden und eignet sich insbesondere zum Bau von supraleitenden Magneten, die schnelle, elektrische Stromänderungen (hohe Rampraten) ermöglichen sollen. Die Technologie der Nuklotronmagnete wurde in Verlauf eines mehrjährigen Entwicklungsprozesses gemeinsam mit dem JINR für die Anwendung im FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 optimiert.

 

Dabei standen die Reduktion der dynamischen Verluste (Wärmeeintrag) bei hohen Rampraten, die Optimierung des magnetischen Designs und die Adaption an ein neues Hochstrom-Nuklotronkabel mit hinreichend geringem hydraulischem Widerstand im Fokus. Die Technologie der Korrekturmagnete basiert auf einer eigens für den FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 vorgenommenen Weiterentwicklung des Nuklonkabels mit gegeneinander isolierten Strängen. Durch die Isolation der Stränge ist es möglich, bei reduziertem Strom die Windungszahl einer Spule deutlich zu erhöhen.

 

Die Entwicklung des neuen Kabeltyps wurde zunächst im Rahmen eines Förderprogramms von Bundesforschungsministerium (BMBF) und JINR vorangetrieben und konnte mit der Abnahme der ersten beiden SIS100-Einheiten erfolgreich abgeschlossen werden. (BP)




To top

 
(c) 2018 FAIR
  •  Home|
  • Contact