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Entwicklung und Bau - HESR

Der HESR (Hoch Energie Speicherring) ist einer der Beiträge des IKP zu FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research). Wie die Namen schon sagen ist der HESR ein Speicherring ausgelegt für Antiprotonen und Ionen im Impulsbereiche zwischen 1.5 und 15 GeV/c. Teilchen können von der Injektionsenergie von 3 GeV aus in diesem Rahmen entweder beschleunigt oder abgebremst werden, je nach dem welche Energien das Experiment voraussetzt. Der HESR hat die Form einer Laufbahn mit Umfang 575m.

Der Strahl aus 1010 Teilchen wird von 44 Hauptablenkmagneten in den zwei symmetrischen Bögen auf der Bahn gehalten. Das magnetische Feld der Dipole von zwischen 0.17 und 1.7T sorgt für eine Ablenkung des Strahls um 8.2° in jedem 4.2m langen Magneten. Hinzu kommen 84 Quadrupole in 25 Familien die für die Fokussierung sorgen um den tune nahe 7.61 zu halten. Die Chromatizitätskorrektur geschieht mit 52 Sextupolen in 16 Familien.

Das IKP-4 in Jülich ist verantwortlich für das technische Design der Magnete, Anschaffung und Zusammenbau aller Komponenten für den HESR. Zusätzlich zu den magnetischen Komponenten leitet das IKP-4 auch die Entwicklung eines neuen Konzepts für die Stochastische Kühlung, das speziell für de HESR entworfen wurde. Die Pickups und Kicker werden zur Zeit in COSY getestet, um Einblicke in Leistung und Betreib zu gewinnen, die wichtig für weitere Verbesserungen sein könnten. Darüber hinaus übernimmt das IKP-4 die Auslegung der Netzgräte so wie die Überwachung von Design und Fertigung. Es muss sichergestellt werden das die erforderliche Strahlstabilität und Präzision zu jeder Zeit erhalten beleibt. Neue Entwürfe für Beam Position Monitore (BPMs) werden momentan erarbeitet um genauere Messungen des Strahlverhaltens im HESR zu ermöglichen. Hinzu kommt auch, dass das Hochfrequenzbeschleunigungssystem kürzlich überarbeitet wurde, um sich an Änderungen im FAIR Projekt anzupassen. Es war ursprünglich geplant einen Akkumulatorring (RESR) vor dem HESR zu bauen, der als Injektor dienen sollte. Da der Bau des RESR zunächst zurückgestellt wurde muss der HESR nun auch zum akkumulieren dienen. Zu diesem Zweck wurde das HF System überarbeitet und mit neuer Luftkühlung und mit Magnetringen von hoher magnetischer Permeabilität ausgerüstet. Dadurch können in den Kavitäten Signale aus der Grundwelle und ihren höheren harmonischen Frequenzen synthetisiert werden. Die Funktionstüchtigkeit dieses Systems wie des gesamten Injektionsprozesses wurde vor kurzem demonstriert.

Um eine Maschine zu bauen, die konstant die sehr ambitionierten Spezifikationen erfüllt, die erforderlich für die geplanten Experimente PANDA und SPARC sind, müssen die Wissenschaftler und Ingenieure im IKP kontinuierlich die Grenzen des technisch Machbaren und innerhalb des im Kostenrahmen Realisierbaren verschieben. Neue Konzepte werden systematische verbessert um immer bessere Leistungen zu erreichen, oft in Zusammenarbeit Partnern aus der Industrie und Forschungseinrichtungen aus der ganzen Welt. Diese neuen Konzepte werden außerdem regelmäßig mit Experten aus den verschiedenen Gebieten im Rahmen von Konferenzen diskutiert. Dieser Prozess bietet weiteres wichtiges Feedback, um weitere Anpassungen vorzunehmen und den Stand der Technik in allen wichtigen Bereichen stetig zu verbessern.

Sobald ein Designentwurf angenommen wurde muss die Fertigung geplant und überwacht werden. Insgesamt trägt das IKP Verantwortung für Ausgaben in Höhe von 64 Millionen Euro. Sobald Verträge mit Industriepartnern geschlossen sind, arbeiten die Mitarbeiter des IKP-4 eng mit den Kollegen bei den Herstellern zusammen um sicherzustellen, dass Qualitätsstandards und Vorgaben erfüllt werden. Jede einzelne Komponente wird zunächst nach Jülich geliefert, wo sie genau untersucht und getestet wird. Für die Magnete bedeutet das eine 3D Feldmessung um sicherzugehen, dass die geforderte Feldhomogenität überall eingehalten wird. Jedes Netzgerät wird wird mit Hilfe eines realen Magneten als Last auf zu große Fertigungsabweichungen hin untersucht.

Alle Komponenten die erfolgreich getestet wurden, stehen zur Vormontage bereit. Verschiedene Gruppen von Komponenten werden bereits in Jülich vormontiert und dann zu einem Zwischenlager nahe des GSI-Campus in Darmstadt transportiert, wo sie bis zur Endmontage gelagert werden. Die Montage ist zur Zeit für 2021 geplant und die Inbetriebnahme wird wohl nicht vor 2022 beginnen. Bis 2019 wird das IKP fast alle HESR Komponenten entworfen, bestellt und getestet haben. Im Mai 2017 waren bereits die Hälfte der Dipolmagnete vormontiert und nach Darmstadt verschickt.


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