Unsere Forschung

Projektart: Gefördertes Projekt / Forschungskooperation

Zeitrahmen: 2021-2028

Ansprechpartner: Alexander Matveenko

Abteilung: BE-IA-SRBP

Großgerät: Harmonische Kavitäten

Zusammenfassung:

Die High Harmonic Cavity (HHC)-Entwicklung am Helmholtz-Zentrum Berlin istein Pionierprojekt, das auf mehr als 20 Jahren Erfahrung in fortschrittlicher HF-Technologie basiert, beginnend mit dem Design der BESSY II-HF-Hohlräume. Das HHC-Projekt befasst sich mit dem Design, dem Betrieb und der Integration von aktiv angetriebenen, harmonisch gedämpften Kavitäten hoher Ordnung (HOM) in die Hochstromspeicherringe.

Ziele

• Verbesserte Strahlleistung - Ermöglichung der gleichzeitigen Speicherung langer und kurzer Elektronenpakete im Hochstromspeicherring, Erforschung der Lebensdauer und Stabilität des Strahls.
• RF-Technologie - Entwicklung einer neuen Klasse normalleitender RF-Kavitäten und zugehöriger Hilfsmittel mit ultimativer HOM-Dämpfung, die für einen stabilen Betrieb der Hochstromspeicherringe unerlässlich ist
• Integration in die Speicherringe - Entwicklung individueller technischer und RF-Lösungen, die durch den begrenzten Platz in den Speicherringen bedingt sind.
• Zusammenarbeit & Innovation - Eine gemeinsame Anstrengung des HZB und globaler Forschungspartner, um die hochharmonische Kavitäten-Technologie voranzutreiben und gemeinsame Standards für diese Klasse von Kavitäten zu entwickeln.

Publicationen:

• F. Pérez, A. Matveenko, M. Ries, A. Tsakanian et al.: Active harmonic EU cavity: Commissioning and operation with beam, Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 1072 (2025) 170195.
• F. Pérez, W. Anders, A. Matveenko, M. Ries, A. Tsakanian et al., 3HC- Third Harmonic Normal Conducting Active Cavity Collaboration between HZB, DESY and ALBA, Proc. of 13th Intern. Part. Accel. Conf. (IPAC’22), Bangkok, Thailand, 2022, pp. 1471-1474. Link
• E. Weihreter: Status of the European HOM Damped Normal Conducting Cavity, Proc. of Europ. Part. Accel. Conf. (EPAC’08), Genova, Italy, 2008, pp. 2932-2936. Link
• E. Weihreter, V. Dürr, F. Marhauser, A Ridged Circular Waveguide Ferrite Load for Cavity HOM Damping, Proc. of Europ. Part. Accel. Conf. (EPAC’06), Edinburgh, Scotland, 2006, pp. 1280-1282. Link
• W. Anders, P. Kuske, HOM Damped NC Passive Harmonic Cavities at BESSY, Proc. of Part. Accel. Conf. 2003, Portland, Oregon, USA, 2003, pp. 1186 -1188. Link
• P. vom Stein, M. Pekeler, H. Vogel, W. Anders, S. Belomestnykh, J. Knobloch, H. Padamsee, A Superconducting Landau Accelerator Module for BESSY II, Proc. of Part. Accel. Conf. 2001, Chicago, USA, 2001, pp. 1175 -1176. Link
• M. Georgsson, W. Anders, D. Krämer, J. M. Byrd, Design and commissioning of third harmonic cavities at BESSY II, Nuclear Inst. and Methods in Physics Research A 469, 2001, pp. 373-381.
• F. Marhauser, E. Weihreter et al, Numerical Simulations of a HOM Damped Cavity, Proc. of Europ. Part. Accel. Conf. (EPAC 2000), Vienna, Austria, 2000, pp. 1972-1974. Link

Innovate for Sustainable Accelerator Systems - Innovation für nachhaltige Beschleunigersysteme

Projektart: Gefördertes Projekt

Gefördert durch: HORIZON Europe

Zeitrahmen: 2024 – 2027

Ansprechpartner: Axel Neumann

Abteilung: BE-IAS

Zusammenfassung:

Der Betrieb moderner Teilchenbeschleuniger wird immer eine große Menge an Energie erfordern. Den Energieverbrauch so niedrig wie möglich zu halten, ist eine unvermeidliche Herausforderung sowohl für die Forschungsinfrastrukturen (RI) als auch für die Industrie, die zusammen über 40.000 Beschleuniger betreiben. Basierend auf dem neuesten Stand der Technik könnte sich das Portfolio der derzeitigen und zukünftigen beschleunigergetriebenen RIs in Europa so entwickeln, dass sie bis zu 1 % des jährlichen Strombedarfs in Deutschland verbrauchen.

Mit dem Ziel, die Nachhaltigkeit drastisch zu verbessern, erweitert, beschleunigt und verstärkt die iSAS die Entwicklung und Wirkung neuartiger energiesparender Technologien zur Beschleunigung von Teilchen. Für viele Pionierbeschleuniger sind supraleitende RF-Systeme (SRF) die Grundlagentechnologie. iSAS wird die Technologien weiterentwickeln, die als gemeinsamer Kern von SRF-Beschleunigungssystemen identifiziert wurden und die den größten Hebel für Energieeinsparungen haben, um den Energieverbrauch in allen Betriebsphasen zu minimieren.

1. Entwicklung ferroelektrischer schneller reaktiver Tuner (FE-FRT) zur aktiven und schnellen Kompensation der mikrofonischen Verstimmung von CW-SRF-Kavitäten mit geringer Bandbreite, ohne dass eine mechanische Abstimmung erforderlich ist.

2. Entwicklung „intelligenter“ digitaler Low-Level-HF-Systeme zur effizienten Steuerung des gesamten SRF-Hohlraumsystems, einschließlich hocheffizienter Halbleiterverstärker und des FE-FRT-Systems.

3. Entwicklung von Nb3Sn-on-Cu SRF-Kavitäten für den Betrieb bei 4,2 K (anstelle von ≤ 2 K), um die Kühleffizienz zu verbessern und die technische Komplexität kryogener Anlagen zu verringern.

Hier weiterlesen...

Projektart: Forschungskooperation

Gefördert durch: Universität der Bundeswehr München

Zeitrahmen: 2023-2028

Ansprechpartnerin: Prof. Dr. Andrea Denker

Abteilung:  BE-APT

Großgerät: Zyklotron

Zusammenfassung:

An dieser innovativen Beamline wird es möglich, bahnbrechende präklinische Forschung in der Teilchentherapie durchzuführen, die das Potenzial hat, die Anwendung von Teilchen in der Krebstherapie durch neue Anwendungstechniken, wie den Einsatz ultrakurzer Pulse in der FLASH-Therapie oder von winzigen Beamlets in der Partikel-Minibeam-Therapie (PMBT), zu revolutionieren. All dies zielt auf den Schutz von gesundem Gewebe und eine bessere Tumorkontrolle ab.

Rousseti, A.; Dollinger, G.; Neubauer, J.; Reindl, J.; Mayerhofer, M.; Dittwald, A.; Denker, A.; Kourkafas, G.; Bundesmann, J.: Current status of MINIBEE: minibeam beamline for preclinical experiments on spatial fractionation in the FLASH regime. In: Editorial Board: Fulvia Pilat ... [Ed.] : Proceedings of the 15th International Particle Accelerator Conference (IPAC'24) : Nashville, TN, 19-24 May 2024Genieve: JACoW, 2024. - ISBN 978-3-95450-24, p. THPR62/3663-3666
doi: 10.18429/JACoW-IPAC2024-THPR62

Rousseti, A.; Dollinger, G.; Mayerhofer, M.; Neubauer, J.; Reindl, J.; Bundesmann, J.; Denker, A.; Kourkafas, G.: Preclinical proton minibeam radiotherapy facility for small animal irradiation. In: Ralph Assmann [Ed.] : IPAC'23 : Proceedings of the 14th International Particle Accelerator Conference ; Venice, Italy from 7 to 12 May 2023Geneve: JACoW, 2023. - ISBN 978-3-95450-231-8, p. THPL043/1-3
doi: 10.18429/JACoW-IPAC2023-THPM065

 

Novel Accelerator Technology for Efficient LIght Sources

Projektart: Gefördertes Projekt

Gefördert durch: BMBF Verbundforschung: ErUM Pro

Zeitrahmen: 2022 – 2025

Ansprechpartner:  Oliver Kugeler

Abteilung: BE-IAS

Zusammenfassung:

NOVALIS zielt darauf ab, die Betriebsleistungsverluste supraleitender Hochfrequenzresonatoren (SRF) erheblich zu verringern und gleichzeitig das Beschleunigungsfeld auf einen Bereich von 50-100 MV/m zu erhöhen, der mit den derzeit verfügbaren Resonatoren aus massivem Niob (Nb) nicht erreicht werden kann. Die geplante Leistungssteigerung wird durch die Beschichtung der inneren Oberfläche des Resonators mit dünnen Schichten neuer SRF-Materialien erreicht, die die Leistung von Nb übertreffen und so zu höheren Feldern und einem geringeren Oberflächenwiderstand führen.

Dieser Ansatz hat gleich zwei Vorteile: Erstens würden geringere Leistungsverluste es ermöglichen, die Einschaltdauer von gepulsten Maschinen zu erhöhen und einen kontinuierlichen Hochfeldbetrieb mit tolerierbaren Leistungsverlusten zu ermöglichen, und zweitens würden höhere Beschleunigungsfelder die Energiereichweite bestehender Maschinen erhöhen und die Kosten für den Bau neuartiger Lichtquellen senken. Um die Eignung von Supraleitern für HF-Kavitäten zu charakterisieren, ist die Messung des HF-Oberflächenwiderstands unerlässlich. Das HZB betreibt mit dem QPR ein sehr leistungsfähiges System, das dies über einen weiten Parameterbereich tun kann. Allerdings sind die Tests sehr zeitaufwendig. Um eine schnelle Vorauswahl vielversprechender Proben für eine vertiefte Charakterisierung zu ermöglichen, wird ein neues System (RaSTA = Rapid Sample Testing Apparatus) entwickelt, das vollständig mit dem QPR kompatibel ist.