09.06.2015

Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Erster Meilenstein für den neuen Elektronenbeschleuniger an der Universität Mainz erreicht

Mit dem Startschuss für die Herstellung zweier supraleitender Beschleunigermodule für den zukünftigen Elektronenbeschleuniger MESA („Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator“) an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) geht das Projekt MESA in die nächste Phase. MESA basiert auf einem einzigartigen Konzept, das vorsieht, einen Teil der Energie, die zur Beschleunigung des Elektronenstrahls benötigt wird, zurückzugewinnen. „Dadurch lassen sich die Betriebskosten von MESA deutlich reduzieren“, meint Professor Kurt Aulenbacher, der Leiter des Projektteams. MESA ist das zentrale Instrument für die Durchführung mehrerer Schlüsselexperimente am Exzellenzcluster PRISMA („Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter“). Dazu gehören die genaue Vermessung des Protonradius und die Suche nach den sogenannten dunklen Photonen, die das Rätsel der dunklen Materie erklären könnten.

Erstmals traf sich Ende Mai das komplette Projektteam zur Herstellung der supraleitenden Beschleunigermodule, bestehend aus Ingenieuren, Physikern und Fertigungsspezialisten des Instituts für Kernphysik sowie der Herstellerfirma Research Instruments, vor Ort, um technische Details und Zeitpläne für die Fertigung der knapp vier Meter langen Module festzulegen. Beschleunigermodule sind hochkomplexe technische Bestandteile moderner Linearbeschleuniger, um Elementarteilchen – im Falle von MESA sind es Elektronen – durch die Anwendung elektromagnetischer Wechselfelder auf nahezu Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Die MESA-Module sind supraleitend und müssen daher bei einer Temperatur von minus 271,3 Grad Celsius, nahe dem absoluten Nullpunkt, betrieben werden. Sie bestehen aus einem thermischen Isoliersystem (Kryostat) mit eingebauten supraleitenden Hohlraumresonatoren, sogenannten Kavitäten. Die Kavitäten selbst bestehen aus Niob, einem bei sehr niedrigen Temperaturen supraleitenden Metall.

Um die benötigte Betriebstemperatur von minus 271,3 Grad Celsius zu garantieren, werden die Kavitäten in einem mit flüssigem Helium umspülten Tank eingeschweißt. Die mit dem Heliumtank umschlossenen Kavitäten wiederum sind von einem weiteren Tank umhüllt, vergleichbar mit einer Thermoskanne. Zusätzlich befindet sich ein mit flüssigem Stickstoff durchflossenes Rohrsystem zwischen Helium- und Außentank als zusätzliche Isolierung.

MESA ist der weltweit erste supraleitende, energierückgewinnende Beschleuniger, der für Forschungszwecke eingesetzt werden wird. „MESA bietet mit seiner hohen Strahlintensität und -qualität einzigartige Voraussetzungen für ein zukunftsweisendes Experimentierprogramm zur Erforschung und Überprüfung der Grenzen der heute bekannten Phänomene in der Elementarteilchenphysik, eines der zentralen Forschungsziele von PRISMA", sagt Professor Hartmut Wittig, Sprecher des Exzellenzclusters, aus dessen Mitteln die Entwicklung und der Bau von MESA finanziert wird.

Die an PRISMA beteiligten Forscherinnen und Forscher an der Johannes Gutenberg-Universität fiebern der geplanten Inbetriebnahme des Beschleunigers in 2017 entgegen, da MESA hinsichtlich einer zweiten Förderperiode des Exzellenzclusters eine maßgeblich Rolle spielen wird.

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