Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR

Energie-effiziente Teilchenbeschleuniger made in Hessen
S-DALINAC

Energie-effiziente Teilchenbeschleuniger made in Hessen

Forscherinnen und Forschern der TU Darmstadt und der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR ist der weltweit erste Betrieb eines supraleitenden Linearbeschleunigers mit zweifacher Energie-Rückgewinnung gelungen. Das Experiment am Elektronen-Linearbeschleuniger der Universität (S‑DALINAC) wies nach, dass eine extreme Einsparung von Beschleunigerleistung möglich ist.

Hochkomplexe Anlagen zur Beschleunigung elektrisch geladener Teilchen sind für die physikalische Grundlagenforschung und technische Anwendungen von großer Bedeutung. Die für viele Forschungsfelder notwendige Entwicklung von Anlagen mit höheren Strahlströmen und verbesserter Strahlqualität stößt inzwischen an technologische und ökonomische Grenzen.

Einen Ausweg bietet das Konzept eines Energierückgewinnung bei Linearbeschleunigern, den sogenannten ERL (Energy Recovery Linac).

Hier wird die die nach der wissenschaftlichen oder technischen Nutzung im Strahl verbleibende Energie zurückgewonnen und zur Beschleunigung weiterer Teilchen verwendet. Die ERL-Technologie kann ökonomisch sinnvoll und ökologisch verantwortbar genutzt werden, um Elektronenstrahlen höchster Energie und Intensität bereitzustellen. Und genau dies wird für die zukünftige Forschung benötigt – etwa auf dem Gebiet der Teilchenphysik an der europäischen Großforschungseinrichtung CERN, dem FAIR-Projekt, aber auch um Innovationen in der Medizin und Industrie voranzutreiben.

Daher ist die jüngst erfolgreiche Demonstration dieses Prinzips ein Meilenstein: Erstmals wurde dort der supraleitende Elektronen-Linearbeschleuniger S‑DALINAC im zweifach Energie rückgewinnenden Modus betrieben. 

Das Team um den HFHF-Wissenschaftler Norbert Pietralla konnte während des Betriebs auch technische Herausforderungen wie etwa „relativistischen Phasenschlupf“ meistern. Das klingt erstmal lustig, ist aber tatsächlich eine ernstzunehmende Schwierigkeit. Wenn die Teilstrahlen eine leicht unterschiedliche Geschwindigkeit haben, kommt es zu Problemen bei der Beschleunigung und Energie-Rückgewinnung.

Die Forschung auf diesem Gebiet wird zusätzlich gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft im Graduiertenkolleg „AccelencE“ und durch das Hessische Ministerium für Wissenschaft und Kunst im Rahmen des Clusterprojekts „ELEMENTS“.

S-DALINAC
© Jan-Christoph Hartung / TU Darmstadt
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Energie-effiziente Teilchenbeschleuniger made in Hessen