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Vakuumkammer für Mainzer Teilchenbeschleuniger geliefert
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Mainz
astronews.com
10. April 2025
Auf den ersten Blick sieht es aus wie ein einfaches
Aluminiumfass - doch wer genauer hinschaut, merkt bald, dass dieses Fass einiges
an Hochtechnologie enthält. Es handelt sich nämlich um die Vakuumkammer für das
P2-Experiment für den neuen Mainzer Teilchenbeschleuniger MESA. Damit soll
beispielsweise nach einer neuen Physik gefahndet werden.
Anlieferung der
Vakuumkammer für den Teilchenbeschleuniger MESA
auf dem Campus der Johannes Gutenberg-Universität
Mainz.
Bild: Caroline
Hoffmann
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Der Bau des neuen energierückgewinnenden Teilchenbeschleunigers MESA (Mainz
Energy-recovery Accelerator) an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
schreitet weiter voran. Nachdem im vergangenen November ein 21 Tonnen schwerer
supraleitender Magnet eingebaut wurde (astronews.com
berichtete), ist heute eine Vakuumkammer mit einem Gewicht von 3,3 Tonnen
für MESA angeliefert worden.
Der MESA-Beschleuniger ist eines der herausragenden Projekte des Mainzer
Exzellenzclusters PRISMA+ und bietet neue, einzigartige Möglichkeiten für die
Grundlagenforschung in der Physik. Er zeichnet sich durch zwei Haupt-Experimente
aus: MAGIX und P2. Sie sollen wesentliche Beiträge zur Erforschung der "neuen
Physik" – der Physik jenseits des Standardmodells – leisten. Das P2-Experiment
wird nunmehr durch die Anlieferung der Vakuumkammer ergänzt.
P2 soll durch die Messung des sogenannten schwachen Mischungswinkels bisher
ungelöste Fragen im Bereich der Elementarteilchenphysik beantworten. Dies
erfordert äußerst präzise Messungen, für die jede einzelne Komponente des
Experiments, wie die neue Vakuumkammer, mit höchster Sorgfalt geplant und
angefertigt werden muss. "Obwohl die Vakuumkammer auf den ersten Blick
unscheinbar wirkt – wie ein einfaches Aluminiumfass – ist sie ein Stück
Hochtechnologie," sagt Prof. Dr. Frank Maas, Sprecher des P2-Experiments. Das
Bauteil hat eine Länge von sieben Metern, einen Durchmesser von 2,4 Metern und
ein Gesamtvolumen von 32 Kubikmetern.
Es stellt die extrem anspruchsvollen Bedingungen des P2-Experiments her: Im
vorderen Teil sorgt die Kammer für das Vakuum, das nötig ist, um die Targetzelle
bei zirka minus 257 Grad Celsius betreiben zu können. Die Targetzelle ist der
Behälter, der die Probe enthält, auf die der Elektronenstrahl schießt. Der
Probenbehälter und das gesamte Kühlsystem enthalten rund 70 Liter flüssigen
Wasserstoff, wobei das Vakuum als Isolierung dient und den Wärmeaustausch durch
Konvektion verhindert. Wenn der MESA-Elektronenstrahl auf die Targetzelle
trifft, wird er dabei Wärme erzeugen, die durch einen Heliumkühler abgeführt
werden muss. Heliumgas umgibt auch den Silizium-Pixeldetektor im hinteren Teil
der Kammer, der den Impuls der Elektronen misst, die mit dem Target
wechselwirken.
Ein weiteres bemerkenswertes Detail ist das Vakuumfenster, das zwischen dem
hinteren und dem vorderen Teil der Vakuumkammer eingebaut ist. Es wurde aus
kohlefaserverstärktem Epoxidharz gefertigt und wird mit einem Aluminiumflansch
verklebt. Es sorgt für eine stabile Struktur bei möglichst geringer Dicke, die
den hohen Anforderungen der experimentellen Bedingungen gerecht wird. Die
Vakuumkammer selbst besteht aus einer hochfesten Aluminiumlegierung und ist mit
speziellen Metalldichtungen versehen, die dafür sorgen, dass sie den extremen
Strahlungsbedingungen standhält. "Zudem muss die Kammer in den supraleitenden
Magneten passen und deshalb sehr rund sein. Die Firma NTG aus Gelnhausen ist
eine der wenigen Firmen, die so etwas herstellen können," so Maas.
Die Entwicklungsarbeiten zum P2-Experiment und dessen Aufbau wurden unter
anderem durch den Exzellenzcluster PRISMA+ sowie durch das Großgeräteprogramm
der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.
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