Seit über zehn Jahren ist das ILK Dresden aktiv an der Entwicklung komplexer Komponenten für die Beschleuniger-Community beteiligt, insbesondere für den im Aufbau befindlichen Speicherring SIS100 („SchwerIonenSynchrotron 100 Tm“). Dieser ist integraler Bestandteil der Teilchenbeschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe), die mit internationaler Beteiligung am GSI Darmstadt (Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung) aufgebaut wird.

SIS100 ist ein supraleitender Ringbeschleuniger mit einem Umfang von rund 1,1 Kilometer. Er beschleunigt Ionen der schweren Elemente des Periodensystems auf etwa 99 % der Lichtgeschwindigkeit und stellt hochintensive Strahlen für Kernphysik, Astrophysik, Materialforschung, Strahlenbiologie und zukünftige medizinische Anwendungen bereit.

Die extremen Experimentierbedingungen bedingen eine präzise Kenntnis des Magnetfelds der Module im Speicherring. Dafür entwickelt das ILK Dresden aktuell zwei Antikryostate. Diese ermöglichen warme Magnetmessungen, indem sie eine rotierende Spulensonde in einem speziellen Warmbohrungsbereich beherbergen. Dieser Bereich ist thermisch und mechanisch von der umgebenden kalten Masse der Quadrupol-Magnete isoliert. Damit ist eine präzise Anordnung der Magnetmodule im Speicherring realisierbar.

Die hohen Magnetfelder zur Ablenkung der Ionenstrahlen müssen ebenfalls in hoher Genauigkeit bereitgestellt werden. Der CCC (Cryogenic Current Comparator) ist ein weiterer Spezialkryostat, den wir für den Einsatz am SIS100 ausgeliefert haben. Er stellt ein ultrasensitives Instrument zur Messung der Qualität des Teilchenstrahls dar (Intensität) dar. Aufgrund seiner Fähigkeit, Felder im Bereich von Femtotesla zu messen, muss es gut vor jeglichen elektrischen, magnetischen und mechanischen Störungen abgeschirmt werden.

Da die Beschleunigermagnete mit Supraleitern betrieben werden, sind spezielle Bauteile zur Einkopplung des Stroms erforderlich. Hierzu haben das GSI und das ILK Dresden gemeinsam unter anderem sogenannte Cold Terminals und Local Current Leads entwickelt und nach Darmstadt geliefert wurden.

Für den Betrieb des SIS100 wird ein Ultrahochvakuum (XHV) benötigt. Dafür kommen speziell angepasste Cryo-Inserts und Kryosorptionspumpen des ILK Dresden zu Einsatz.

Ein weiteres Feld der Zusammenarbeit stellen Messungen, Sensorik und Aktorik sowie Elektronikentwicklungen dar. So hat das ILK Dresden beispielsweise kompakte Auslesegeräte für Temperatursensoren entwickelt und eine Vielzahl an kryogenen Temperatursensoren kalibriert sowie an angepassten Heizelementen für Stromzuführungen ausgeliefert. Ein weiterer Meilenstein war die komplexe Untersuchung eines SIS300-Prototypmagneten unter Nutzung der Hochstromtechnik und des Helium-Versuchsfelds des ILK Dresden.

Die Relevanz für die internationale Beschleuniger-Community ist groß, denn viele Technologien aus SIS100 sind nicht nur für FAIR relevant, sondern unter anderem auch für:

• CERN (LHC, Future Circular Collider)
• DESY (Hamburg)
• ESS Lund PSI Villigen
• ITER und weitere Anlagen für die Kernfusion
• Helmholtzzentrum Dresden Rossendorf (HZDR)
• Forschungsreaktoren (Jülich, Garching, …)
• Berliner Elektronensynchrotron (BESSY)
• Medizinische Beschleunigeranlagen

Die beschriebenen Technologien können außer an den genannten Anlagen auch in benachbarten Anwendungsbereichen adaptiert und eingesetzt werden.