Forschung & Entwicklung

Beschleunigertechnologie von morgen entwickeln

Teilchenbeschleuniger sind Schlüsselinstrumente der Forschung in Biologie, Medizin, Materialwissenschaft und Chemie und ermöglichen tiefe Einblicke in den Aufbau der Materie. Am Karlsruher Institut für Technologie wird multidisziplinär an der Weiterentwicklung der Beschleunigertechnologie gearbeitet.

„Am KIT entwickeln wir mit Teams von Expertinnen und Experten aus verschiedenen Disziplinen gemeinsam innovative Technologien für die Teilchenbeschleuniger von morgen, von Strahlendiagnosesystemen für höchste Datenraten bis hin zu speziellen Magneten aus Hochtemperatursupraleitern“, sagt der Vizepräsident des KIT für Forschung, Professor Oliver Kraft. Sieben ihrer Projekte wurden ausgewählt und erhalten rund drei Millionen Euro Förderung aus dem Rahmenprogramm ‚Erforschung von Universum und Materie – ErUM‘ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Rund 200 Experten der Physik, Elektrotechnik, Informatik und des Chemieingenieurwesens arbeiten im Forschungsverbund Accelerator Technology Platform (ATP) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zusammen.

Die Forscher arbeiten unter anderem an supraleitenden Magneten, welche die Teilchen im Beschleuniger führen und fokussieren, darunter auch an Spezialmagneten mit alternierender Magnetfeldrichtung – Undulatoren –, die in Beschleunigern sehr eng gebündeltes, sogenanntes brillantes Licht erzeugen. Durch das Verständnis grundlegender Prozesse schaffen die Wissenschaftler neue Betriebsarten und innovative Kombinationsmöglichkeiten in der Beschleunigertechnologie, damit Forscher unterschiedlichster Gebiete neue Erkenntnisse gewinnen.

Für diese Herausforderung stehen am KIT moderne Infrastrukturen und Testanlagen zur Verfügung. Dazu zählen die Beschleuniger KARA (Karlsruhe Research Accelerator) und FLUTE (Ferninfrarot Linac- und Test-Experiment), mit denen unter anderem Messmethoden für Terahertzstrahlung erarbeitet werden, die von den Material- und Lebenswissenschaften genutzt werden können. So wird zum Beispiel ein von den Forschern des KIT entwickeltes System mit elektrooptischem Kristall zum Detektieren der extrem kurzen Elektronenpulse in modernen Teilchenbeschleunigern eingesetzt. Ultrakurze Elektronenpakete mit Pulsdauern im Bereich von Femtosekunden, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, lassen sich so erkennen und kontrollieren.

„Wir arbeiten an Technologien, die Unsichtbares sichtbar machen und es ermöglichen, darauf einzuwirken“, erklärt Professorin Anke-Susanne Müller, Leiterin des Instituts für Beschleunigerphysik und Technologie des KIT. So ermöglicht Synchrotronstrahlung zerstörungsfreie Untersuchungen von biologischen Strukturen und Werkstoffen, Teilchenstrahlen kommen in der Tumortherapie zum Einsatz. Weitere Anwendungen sind die Röntgen-Tiefenlithografie für die Fertigung von Mikrostrukturen, die Materialveredelung in der Schmuck- und Fahrzeugindustrie sowie die Sterilisation von Lebensmitteln oder Medizinprodukten.

Geforscht wird am KIT auch an supraleitenden Materialien für neue Kabeltechnologien der künftigen Superbeschleuniger. Diese Materialien sind auch Basis für supraleitende Erdkabel, die zu einer Schlüsselkomponente für die Stromversorgung werden können.

An 13 internationalen Beschleunigerprojekten ist das KIT durch seine Arbeiten beteiligt. Auf dem Gebiet der Physik der kleinsten Teilchen forscht das KIT zu höchsten Strahlintensitäten sowie zur Betriebssicherheit in Ringbeschleunigern beispielsweise für die nächste Ausbaustufe des weltweit größten Beschleunigers LHC am CERN in Genf. Auch neue Technologien für hochspezialisierte Magnete als Lichtquellen für die international leistungsfähigsten Beschleuniger wie den European XFEL in Hamburg werden in Karlsruhe erforscht. Und für die BESSY VSR Synchrotronstrahlenquelle in Berlin erproben Wissenschaftler des KIT, wie künstliche Intelligenz dazu beitragen kann, dass Beschleuniger ihre Parameter selbsttätig einstellen und anpassen.

von mn

www.kit.edu

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