Die FAIR-Anlage bekommt einen riesigen Kühlschrank, der dabei unterstützt Teilchen auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Aber warum ist denn Kälte dabei so wichtig?
Die Cold Box ist das Herzstück der Kryogenik-Anlage von FAIR und sorgt dafür, daß flüssiges Helium die Magnete des Beschleunigers SIS100 und des Super-FRS zu kühlen. Dies ist wichtig, da supraleitende Magnete nur funktionieren, wenn sie entsprechend kalt sind. Unter der sogenannten Sprungtemperatur (oder auch Curie-Temperatur) sind die supraleitend, d.h. leiten Strom ohne elektrischen Widerstand. Oberhalb dieser Temperatur werden sie normalleitend und erfahren einen elektrischen Widerstand. Dieser sorgt dann dafür, daß die Kabel warm werden, was wiederum die Supraleitung noch schwieriger macht. Eine Kettenreaktion geht los und die gewaltigen elektrischen und magnetischen Felder brechen zusammen. Genau dies ist zum Beispiel 2010 am LHC (Large Hadron Collider) am CERN passiert. Hier war eine schlecht verarbeitete Verbindung dafür verantwortlich, daß die Supraleitung zusammenbracht und ein Segment des Beschleunigers kaputt ging. Um diese Kettenreaktion zu vermeiden ist es essentiell, dass die sogenannte Kryogenik-Anlage extrem zuverlässig funktioniert. Und hier kommt die Cold Box in's Spiel.
Sie ist für den Durchfluss von 21000 Litern flüssigem Helium pro Stunde zuständig und das bei einer Temperatur von ca. 4 Kelvin oder -269°C. Aber das ist für den Betrieb noch nicht genug.
„Die FAIR-Kryoanlage ist eine der größtmöglichen Kälteanlagen, die noch aus einem Stück gebaut werden kann. Für noch höhere Kühllasten müssten mehrere Anlagen parallel genutzt werden“, erläutert Dr. Holger Kollmus, der als Leiter der Abteilung Cryogenics bei GSI/FAIR verantwortlich für den Aufbau der Anlage ist. „Eine Besonderheit der Anlage stellt die Möglichkeit dar, die Kühlleistung dynamisch zu verändern. Vergleichbare Anlagen, die hauptsächlich zur Herstellung von flüssigem Helium dienen, laufen permanent unter Volllast. Da jedoch die benötigte Kühlleistung für den Beschleuniger je nach Betriebszustand schwankt, soll auch die Anlage ihre Drücke und Massenflüsse entsprechend anpassen, um Energie und Kühlmittel zu sparen. Eine effiziente Reaktion auf wechselnde Lasten stellt hohe Anforderungen an Design und Konstruktion des Geräts.“
Die Lieferung der Cold Box ist ein wichtiger Meilenstein für das FAIR-Projekt, da sie eine Schlüsselkomponente für den Betrieb der Anlage darstellt. Die Cold Box wurde von Linde Engineering hergestellt und dann nach Darmstadt transportiert. Nach ihrer Ankunft wurde die Box in die FAIR-Anlage eingebaut und wird nun getestet, um sicherzustellen, dass sie einwandfrei funktioniert. Die Cold Box ist die erste High-Tech-Anlage, die im FAIR-Projekt verbaut wird und ein wichtiger Schritt in Richtung Fertigstellung des Beschleunigers.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR gratulieren zum einen zu diesem technischen Meisterwerk und sind gespannt es in wenigen Jahren im Betrieb zu nutzen. Es sind technische Geräte wie die Cold Box, die wissenschaftliche Durchbrüche ermöglichen!