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ESS-Kompetenzzentrum

2019 soll die Europäische Spallationsquelle (ESS), ein Gemeinschaftsprojekt 17 europäischer Länder, mit zunächst sieben Instrumenten in Betrieb gehen. Sie wird die weltweit intensivsten Neutronenpulse erzeugen und einzigartige Einblicke in die Materie für die Grundlagenforschung und anwendungsnahe Forschung ermöglichen. 2013 soll ihr Bau beginnen und bis 2025 soll die Zahl der Instrumente auf 22 erweitert werden. Das 2011 gegründete ESS-Kompetenzzentrum am Forschungszentrum Jülich koordiniert die Beiträge für Planung und Bau der ESS, die vom Jülich Centre for Neutron Science (JCNS), des Zentralinstituts für Technologie (ZAT) und dem Zentralinstitut für Elektronik (ZEL) erarbeitet werden.

Innerhalb des Kompetenzzentrums entwickeln Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker bis 2013 Konzepte für zentrale Bestandteile der ESS: für das so genannte Target, in dem die Neutronen freigesetzt werden, sowie für wissenschaftliche Instrumente und Detektoren. Basis der Jülicher Arbeiten ist die langjährige Erfahrung in Bau, Betrieb und Nutzung von Neutronenstreuinstrumenten, die in Jülich bereits 1962 ihren Anfang nahm.

ESSDie ESS-Anlage

Die hohe Leistung der ESS stellt besondere Anforderungen an das Target und gibt für die Experten des Jülicher Zentralinstituts für Technologie den Rahmen für die Konzeption der Targetstation vor. Sie dient in einer Spallationsanlage als Ziel für Salven von Protonen, die beim Aufprall Neutronenpulse freisetzen. Wegen der hohen Leistung der ESS entsteht bei diesem Prozess viel Wärmeenergie, die kontinuierlich abgeführt werden muss. Das Konzept des Jülicher Zentralinstituts für Technologie sieht dazu ein rotierendes Targetrad aus Wolfram vor, anstelle eines feststehenden Metallblocks. Bei der anspruchsvollen Konzeption können die Jülicher Entwickler auf hausinterne Erfahrung aus zurückliegenden Konzeptarbeiten sowie Erfahrungen von anderen Hochleistungs-Spallationsquellen in Japan und den USA zurückgreifen. Außerdem nutzen sie Simulationsrechnungen und Tests an Prototypen.

Die ESS wird intensivere, längere Pulse erzeugen als die Spallationsquellen in Japan und den USA; ihre Frequenz von 14 Hertz ist niedriger als etwa in den USA (60 Hertz). Durch die hohe Intensität der Pulse sind an den Instrumenten viel mehr Neutronen wissenschaftlich nutzbar als an herkömmlichen Quellen. Dies eröffnet den Forschern neue Möglichkeiten, aber die Instrumente müssen an die speziellen Bedingungen der ESS angepasst werden. Die Jülicher Institute JCNS, ZAT und ZEL konzipieren, entwickeln und bauen wissenschaftliche Instrumente, die genauestens auf die neue Quelle abgestimmt sind.

Die Jülicher Forscher arbeiten zum Beispiel an einem so genannten "Flugzeitspektrometer", das die Pulsstruktur der ESS besonders gut nutzen kann. Es soll neue Erkenntnisse über die Struktur und Dynamik komplexer Materialien ermöglichen, zum Beispiel über magnetische Anregungen in Hochtemperatursupraleitern.

Damit die Neutronenpulse der ESS in hochentwickelten Instrumenten optimal genutzt werden können, sind neuartige Detektoren notwendig. Sie entlocken den Neutronen Informationen über Struktur, Bewegung und gegebenenfalls magnetische Eigenschaften der untersuchten Materialproben. Viele Quadratmeter große Flächen müssen dazu präzise den Ort und Zeitpunkt des Neutronenaufpralls messen. Dies ist eine große Herausforderung, insbesondere weil bewährte Konzepte mit dem seltenen und teuren Gas Helium-3 arbeiten. Weil dieses immer teurer wird, sind neue Detektorkonzepte gefragt. Hierzu arbeiten Experten des Jülicher Zentralinstituts für Elektrotechnik an neuen Szintillationsdetektoren und deren Datenaufnahmeelektroniken. Darüber hinaus beschäftigen sie sich mit Konzepten zur Steuerungselektronik.

Das BMBF fördert die Jülicher Beiträge zur so genannten "Design-Update-Phase" mit sechs Millionen Euro. Weitere neun Millionen Euro gehen an die anderen deutschen Forschungseinrichtungen. Damit hat Deutschland eine Vorreiterrolle unter den europäischen Partnerländern. Die deutschen Beiträge koordiniert seit 2009 Prof. Sebastian Schmidt, Mitglied des Jülicher Vorstands. Seit 2011 ist das ESS-Kompetenzzentrum Ansprechpartner.

Ansprechpartner:

Dr. Andreas Wischnewski
Leiter des ESS-Kompetenzzentrums
Telefon: 02461/61-4749
Fax: 02461/61-2610
E-Mail: a.wischnewski@fz-juelich.de


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