Erster Oktant des Jochs des PANDA Solenoid-Magneten fertiggestellt

Der erste Oktant des Jochs des Solenoid-Magneten für das PANDA Experiment wurde bei Sibelectrotherm, Novosibirsk, einem Subunternehmer des Budker Institute of Nuclear Physics, fertiggestellt. Das Joch wird aus 8 Zylindersegmenten, vier Türen und einer Trägerplattform mit Rahmen bestehen. Es wird ca. 6mx5mx8m groß sein und etwa 360 t wiegen. In PANDA wird es dazu dienen, den magnetischen Fluss des supraleitenden 2 Tesla Solenoid-Magneten zurückzuführen und als Absorber bei der Detektion von Myonen zu fungieren. Die Installation bei FAIR soll Ende 2021 beginnen.

Auf dem Photo vlnr: Denis Fadeev, Leiter der Quality Control Group am BINP; Evgeniy Pyata, BINP, PANDA Solenoid Projektleiter; Jost Lühning, GSI, ltd. PANDA Ingenieur; Lars Schmitt, FAIR/GSI, Technischer Koordinator von PANDA; Victor Kravchenko, stellv. Direktor von Sibelectrotherm. Alle Photos: L. Schmitt
On the photo from left to right: Denis Fadeev, head of BINP quality control group; Evgeniy Pyata, BINP, PANDA Solenoid project leader; Jost Lühning, GSI, PANDA Lead Engineer; Lars Schmitt, FAIR/GSI, PANDA Technical Coordinator; Victor Kravchenko, Sibelectrotherm deputy director. All photos: L. Schmitt

"Euroschool on Exotic Beams" feiert 25-jähriges Jubiläum

Die diesjährigen Euroschool-Teilnehmer. Foto: Filip Van Loock

Seit einem Vierteljahrhundert ist die "Euroschool on Exotic Beams" Treffpunkt für Graduierte, Doktoranden und junge Postdoktoranden. Durch hochrangige Sprecher, gute Themenwahl und attraktive Vorträge ist die Schule bestens dafür geeignet, wissenschaftlichen Nachwuchs auf Forschungsarbeiten, wie z.B. bei GSI und FAIR, vorzubereiten. Die Jubiläumsveranstaltung Ende August 2018 wurde in an der Universität in Löwen (KU-Leuven) in Belgien mit einem Festsymposium gefeiert. Dabei wurden Vorträge von internationalen Experten der Kernphysik gehalten, um die Fortschritte der letzten Jahrzehnte Revue passieren zu lassen. Viele der Referenten waren Teilnehmer oder Dozenten früherer Euroschool-Veranstaltungen.

Das Festsymposium war eingebettet in die Euroschool-Woche 2018, die vom 26. August bis 1. September in Löwen stattfindet. Die Schule behandelt allgemeine Themen zur Physik exotischer Kerne, experimentelle und theoretische Untersuchungen der Kernstruktur und Reaktionsdynamik, Kernastrophysik, Superschwere-Elemente-Forschung und interdisziplinäre Anwendungen in Medizin, Energiegewinnung und Gesellschaft.

Mehr Informationen finden Sie auf unserer Webseite.

Rauschunterdrückung und Daten-Komprimierung von Vektorfeldern

In Teilchen-Beschleunigern oder Elektronen-Mikroskopen wird die Bahn einzelner Teilchen durch die elektromagnetischen Felder im Strahlrohr vorgegeben. Die Qualität der Felder bestimmt maßgeblich die Qualität des Strahls. Inhomogene Felder z.B. heizen den Strahl auf und vergrößern ihn effektiv. Die Berechnung der Felder ist mitunter sehr aufwendig und erfolgt durch spezielle Computer-Programme. Darin werden die grundlegenden physikalischen Differenzial-Gleichungen numerisch gelöst. Eine vollständige 3-dimensionale Feldkarte einer komplexen Komponente entsteht somit durch Millionen von numerischen Berechnungen. Jede einzelne Rechnung ist in der Genauigkeit limitiert, z.B. durch die Endlichkeit der berücksichtigten Nachkomma-Stellen. Zudem entsteht durch die Verknüpfung der einzelnen Rechnungen ein sehr hohes Datenvolumen. Simulierte Feldkarten sind entsprechend eine hohe Menge von Daten, die mit Fehlern behaftet sind.

Anderseits werden simulierte Feldkarten genutzt, um die Strahldynamik geplanter Beschleuniger oder Ionen/Elektronen-optischer Anlagen zu berechnen. Fehler in den Feldern werden auf die Dynamik übertragen. Zudem verlangsamen die großen Datenmengen die Rechnungen und/oder erfordern leistungsstarke Computer.

Dr. Xiaonan Du von der Linac-Abteilung hat ein numerisches Verfahren entwickelt, das ähnlich wie bei der MP3-Komprimierung von Musik-Dateien, die Fehler (Rauschen bei Musik) von den wesentlichen physikalischen Inhalten trennt. Dabei werden die originären Daten, z.B. aus Simulationen, auf regelmäßige Muster durchforstet, die von den zugrundeliegenden physikalischen Randbedingungen erzwungen werden. Stochastische Abweichungen davon sind falsche Informationen. Das Verfahren separiert und extrahiert die physikalische Systematik, verwirft Fehlinformationen und eliminiert Redundanzen.

Die Methode wurde an der elektrischen Feldkarte einer Beschleuniger-Kavität für die neue post-Stripper-Sektion des UNILAC getestet. Die Kavität hat einen Durchmesser von zwei Metern und eine Länge von ca. 11 Metern. Das Datenvolumen aus den Simulationen beträgt 220 MB inklusive der intrinsischen Feldfehler. Anwendung der Methode reduziert die Datenmenge um 99.99% auf 20 kB und erhöht simultan die physikalische Konsistenz der Feldkarte. Neben dem praktischen Nutzen wurde die unerwartete Erkenntnis gezogen, dass die physikalische Essenz der Feldkarte in einem kleinen Bruchteil der Daten enthalten ist und die ursprüngliche Datenmenge im Wesentlichen durch überflüssige Information dominiert ist! Die Resultate sind im Journal  Physical Review Accelerators and Beams veröffentlicht.

Das sogenannte HOSVD-Verfahren (High-Order Single Value Decomposition) ist insbesondere interessant für Feldkarten, die für sehr präzise Strahldynamik-Rechnungen benötigt werden, z.B. bei Elektronen-Mikroskopen oder Anlagen zur Ionen-Implantation. Qualität und Umfang der Feldkarten übertragen sich unmittelbar auf Zuverlässigkeit und Komplexität der simulierten Teilchenbahnen.

Die Änderung der axialen Feldstärke entlang eines Beschleunigungs-Spalts: Die blaue Kurve aus den originären Simulationen enthält nicht-physikalisches Rauschen. Die braune Kurve zeigt die gefilterten Daten, welche die physikalischen Randbedingungen exakt wiederspiegeln. Quelle: American Physical Society

Kavität zum Beschleunigen mit entsprechender Karte des elektrischen Feldes. Die ursprünglich simulierte Karte besteht aus 56 Millionen Zahlen. © American Physical Society