Für eine bessere Erforschung von Universum und Materie
Professur Mikrofertigungstechnik der TU Chemnitz entwickelt umweltfreundlicheres Polierverfahren für Teilchenbeschleuniger
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Blick in das Labor der Professur Mikrofertigungstechnik mit einer Teilchenbeschleuniger-Kavität vor einer Laboranlage zum Plasmaelektrolytischen Polieren. André Martin und Susanne Quitzke werten einen Versuch aus. Foto: Professur Mikrofertigungstechnik
Ein deutsches Forschungsteam unter Leitung des Instituts für Experimentalphysik der Universität Hamburg (Prof. Dr. Wolfgang Hillert) und mit Beteiligung der Professur Mikrofertigungstechnik (Prof. Dr. Andreas Schubert) der Technischen Universität Chemnitz erforscht derzeit die nachhaltige supraleitende Hochfrequenztechnologie für effiziente Teilchenbeschleuniger. Zum Konsortium des Projektes „SuperSurfer“ gehören außerdem das Helmholtz-Zentrum Berlin (Prof. Dr. Jens Knobloch), die TU Darmstadt (Prof. Dr. Lambert Alff), die Universität Mainz (Prof. Dr. Florian Hug), die Universität Rostock (Jun.-Prof. Dr. Simon Adrian) und die Universität Wuppertal (Prof. Dr. Dirk Lützenkirchen-Hecht). Zusätzlich sind die European Organization for Nuclear Research (CERN) sowie das Deutsche Elektronensynchrotron (DESY) als externe Partner beteiligt.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler streben erhebliche Verbesserungen für eine energieeffiziente und nachhaltige Implementierung von supraleitenden Hochfrequenz-Beschleunigersystemen an. Große Anlagen, wie der Teilchenbeschleuniger LHC und das Beschleunigungszentrum FAIR, sollen direkt davon profitieren. Zudem wird erwartet, dass die Arbeiten auch Möglichkeiten für kompakte Beschleuniger im industriellen Stil für verschiedene Anwendungen eröffnen, deren Beschleunigersysteme derzeit zu komplex und ineffizient sind.
Für die Beschleunigersysteme sind Hochfrequenzkavitäten als elektromagnetische Resonatoren erforderlich. Diese sind als Hohlräume geformt und dienen zur Beschleunigung von Elementarteilchen durch starke elektromagnetische Felder bei einer Betriebstemperatur knapp über dem absoluten Temperaturnullpunkt. Die Innenflächen müssen perfekt poliert werden, um Energieverluste zu reduzieren. Derzeit werden Becken mit etwa 200 Liter giftiger Säuren eingesetzt, um eine einzige Kavität durch Elektropolieren zu behandeln. Daher sollen neuartige Ansätze erforscht werden, um supraleitende Oberflächen in einem umweltfreundlicheren Verfahren zu polieren und zu reinigen.
Die Professur Mikrofertigungstechnik der TU Chemnitz konzentriert sich insbesondere auf die Erforschung einer Technologie zum nachhaltigen Polieren der Funktionsflächen der supraleitenden Hochfrequenzkavitäten mit einem umweltschonenden Elektrolyten. Der Schwerpunkt ihrer Forschung liegt auf der Bearbeitung der komplizierten Innenform der Kavitäten für Teilchenbeschleuniger, um die erforderliche Oberflächenqualität für einen effizienten Betrieb zu erreichen. Dazu soll ein ressourceneffizienter Plasma-elektrolytischer Polierprozess entwickelt werden. Neben der Reduzierung negativer Einflüsse auf die Umwelt sollen durch die Entwicklung einer zeit- und ressourceneffizienten Poliertechnologie auch die Effizienz des Herstellungsprozesses der Kavitäten gesteigert sowie die Leistung der Beschleunigersysteme verbessert werden. „Mit Forschungen zu diesem Polierprozess können wir zukünftig zur breiteren Anwendung einer Technik beitragen, die bisher nicht im Fokus unserer Arbeiten stand“, freut sich Prof. Dr. Andreas Schubert.
Das Forschungsprojekt „SuperSurfer“ (Superconducting and sustainable RF for efficient accelerators) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung über den Aktionsplan ErUM-Pro gefördert, der in das Rahmenprogramm ErUM (Erforschung von Universum und Materie) eingebettet ist.
Weitere Informationen zum Projekt erteilen Prof. Dr. Andreas Schubert, Telefon +49 (0)371 531-34580, E-Mail andreas.schubert@mb.tu-chemnitz.de, André Martin, Telefon +49 (0) 371 531-39324, E-Mail andre.martin@mb.tu-chemnitz.de, und Susanne Quitzke, Telefon +49 (0)371 531-36067, E-Mail susanne.quitzke@mb.tu-chemnitz.de.
Mario Steinebach
02.09.2024
