Mainzer Mikrotron MAMI erhält neue Beschleunigerstufe: Riesenmagnete für die Kernforschung an der Universität Mainz

Aufbau eines weiteren Elektronenbeschleunigers in unterirdischer Forschungsanlage

24.10.2001

Das Mainzer Mikrotron (MAMI) erhält eine neue Beschleunigerstufe: Für insgesamt 29 Mio. DM wird in der unterirdischen Forschungsanlage auf dem Mainzer Universitätscampus seit Anfang Oktober 2001 ein weiterer Elektronenbeschleuniger - MAMI C - aufgebaut, mit dessen Hilfe die Elektronenenergie künftig nahezu verdoppelt werden soll. "Dieses Projekt dient im Wesentlichen dazu, die kern- und teilchenphysikalischen Experimentiermöglichkeiten am Institut für Kernphysik zu erweitern", erklärt Dr. Karl-Heinz Kaiser, Betriebsleiter des Mainzer Mikrotrons. Per Bahn wurden im Zollhafen von Mainz zwei 120 Tonnen schwere Eisenteile angeliefert. Diese beiden Teile bilden - nach Ergänzung durch große Erregerspulen und Zusammenbau in der Universität Mainz - einen großen Elektromagneten. Zusammen mit drei weiteren Magneten gleicher Bauart, deren Komponenten im Laufe der nächsten 6 Monate ankommen werden, dient der Magnet dem Aufbau eines neuartigen Elektronenbeschleunigers. Dieser Beschleuniger bildet die 4. Stufe des Mainzer Mikrotrons, mit deren Hilfe die Elektronenenergie von derzeit 0.85GeV auf 1.5GeV erhöht werden soll. Die kern- und teilchenphysikalischen Experimentiermöglichkeiten am Institut für Kernphysik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz werden durch diese mit MAMI C bezeichnete Ausbaustufe des Mainzer Mikrotrons erheblich erweitert. Zudem stellt die neue Beschleunigerstufe ein eigenes beschleunigerphysikalisches Forschungsobjekt dar, indem sie sich von dem bisherigen im MAMI angewandten Beschleunigungsprinzip in Form von "Rennbahnen" unterscheidet.

Die neue Beschleunigerstufe arbeitet nach dem in Mainz entwickelten Prinzip des Harmonischen Doppelseitigen Mikrotrons und besteht aus zwei antiparallel angeordneten Hochfrequenz-Linearbeschleunigern, durch die der Strahl zur effizienten Ausnutzung der elektromagnetischen Felder im Laufe des Beschleunigungsprozesses mehrfach (insgesamt 43x) geführt wird. Die Umlenkung von einer Beschleunigungsstrecke in die nächste erfolgt jeweils durch ein symmetrisches Paar von 90°-Ablenkmagneten mit einem Gesamtgewicht von je etwa 500 Tonnen. Durch die Wahl unterschiedlicher Betriebsfrequenzen für die beiden Linearbeschleuniger - der Grundfrequenz von MAMI (2.45GHz) und der ersten Harmonischen (4.90GHz) - konnte die Stabilität des Beschleunigungsprozesses in der Simulation entscheidend verbessert werden.

"Mit diesem Prinzip können wir die hohe Betriebsstabilität der Anlage trotz höherer Komplexität beibehalten und ihre Leistung verstärken", so Kaiser. "Der Bau eines vierten Rennbahnmikrotrons nach dem bei den übrigen Stufen von MAMI seit mehreren Jahren sehr erfolgreich angewandten Beschleunigungsprinzip wäre wegen des im GeV-Bereich zu hohen Gewichts seiner 180°-Umlenkmagnete nicht mehr praktikabel."

Von den für den Bau von MAMI C erforderlichen Mitteln von insgesamt etwa 29 Mio. DM werden im Rahmen der Hochschulbauförderung (HBFG) 22 Mio. DM zu gleichen Teilen vom Land Rheinland-Pfalz und vom Bund zur Verfügung gestellt. Die für die Umbaumaßnahmen im Institutsgebäude benötigten 7 Mio. DM trägt das Land. Das Forschungsprogramm wird im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 443 "Vielkörperstruktur stark wechselwirkender Systeme" durchgeführt und zum großen Teil von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. Gruppen von Wissenschaftlern kommen aus aller Welt, um Experimente am Mainzer Mikrotron durchzuführen. Diese Experimente liefern nicht nur Erkenntnisse über den Aufbau der Materie, sondern geben auch Aufschluss über anwendungsbezogene Aspekte, wie z.B. über neue Diagnosetechniken in der Medizin.