Erste technische FAIR-Anlage erhält ihr Herzstück – „Cold Box“ der Kühlanlage für die supraleitenden Beschleunigermagnete angeliefert
06.12.2022 |
Ein großer Schwertransport setzte sich am 30. November 2022 von Aschaffenburg nach Darmstadt in Bewegung. Sein Ziel war die internationale Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), die aktuell am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung entsteht. Geladen war die sogenannte „Cold Box“, ein 18 Meter langer und über 4,5 Meter hoher Stahltank mit einem Gewicht von 85 Tonnen. Die Cold Box ist das Herzstück der Kryogenik-Anlage, hergestellt und aufgebaut von Linde Engineering, die zur Kühlung und Verflüssigung von Helium für den FAIR-Beschleuniger eingesetzt wird. Die Kryogenik ist die erste technische Anlage, die – auf Rohbau und technische Gebäudeinstallation folgend – in die FAIR-Gebäude eingebracht wird.
Die riesige Kryoanlage soll zwei zentrale FAIR-Bausteine, den FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 und auch den Super-Fragmentseparator (Super-FRS), mit flüssigem Helium versorgen. Im SIS100-Ringbeschleuniger werden in Zukunft Ionen – geladene Atome – mit bis zu 99% der Lichtgeschwindigkeit um die Kurven flitzen, um dann zur Erzeugung von Kernreaktionen auf Materialproben zu prallen. Der Super-FRS ist eine riesige Sortiermaschine für neu erzeugte, exotische Atomkerne, die uns Aufschluss über die Zustände in Sternen und anderen stellaren Ereignissen geben können. Mit diesen und weiteren Großgeräten möchten die Wissenschaftler*innen an FAIR sich das Universum ins Labor holen.
Um die Teilchen auf ihren Bahnen zu lenken, sind in beiden Fällen starke Magnetfelder nötig, die nur durch das Phänomen der Supraleitung zu erreichen sind: Durch extreme Tiefsttemperaturen kann der elektrische Widerstand in einigen Materialen nahezu verschwinden, so dass hohe elektrische Ströme in den Elektromagneten fließen können. Die Magnete müssen dazu auf eine Temperatur von vier Kelvin (- 269°C) abgekühlt werden. Um dies zu erreichen, liefert die Kryoanlage eine maximale Durchflussmenge von über 21.000 Litern flüssigem Helium pro Stunde, bei einer Gesamtspeichermenge Helium von neun Tonnen, mit einer maximalen Kälteleistung von 14 Kilowatt bei vier Kelvin.
„Die Anlieferung der Cold Box auf dem FAIR-Baufeld ist ein Meilenstein und ein Zeichen für den stetigen Fortschritt beim Bau von FAIR. Die Cold Box ist das Herzstück der Kryoanlage, des ersten Hightech-Systems, das in den neu errichteten FAIR-Gebäuden auf dem Baufeld installiert wird. Damit kommen wir unserem Ziel, Teilchen auf beinahe Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, einen großen Schritt näher. Linde Engineering ist dabei ein wichtiger Partner“, sagt Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von FAIR und GSI.
„Die FAIR-Kryoanlage ist eine der größtmöglichen Kälteanlagen, die noch aus einem Stück gebaut werden kann. Für noch höhere Kühllasten müssten mehrere Anlagen parallel genutzt werden“, erläutert Dr. Holger Kollmus, der als Leiter der Abteilung Cryogenics bei GSI/FAIR verantwortlich für den Aufbau der Anlage ist. „Eine Besonderheit der Anlage stellt die Möglichkeit dar, die Kühlleistung dynamisch zu verändern. Vergleichbare Anlagen, die hauptsächlich zur Herstellung von flüssigem Helium dienen, laufen permanent unter Volllast. Da jedoch die benötigte Kühlleistung für den Beschleuniger je nach Betriebszustand schwankt, soll auch die Anlage ihre Drücke und Massenflüsse entsprechend anpassen, um Energie und Kühlmittel zu sparen. Eine effiziente Reaktion auf wechselnde Lasten stellt hohe Anforderungen an Design und Konstruktion des Geräts.“
Linde Engineering ist als Auftragspartner verantwortlich für die Produktion und den Aufbau der Helium-Kühlanlage vor Ort. Zwei große Gebäude stehen an FAIR zur Verfügung, um die Anlagenkomponenten und nun auch die Cold Box aufzunehmen. Mehrere Großgeräte wie beispielsweise Kompressoren wurden bereits in den vergangenen Wochen geliefert und in die Anlage integriert. Die Cold Box, das größte und zentrale Bauteil der Anlage, wurde von Linde Engineering im Werk Schalchen gefertigt. Von dort wurde das Gerät per Transporter nach Passau gefahren, mit dem Schiff nach Aschaffenburg gebracht und auf den finalen Schwertransport zu GSI/FAIR umgeladen. Die mechanische Fertigstellung der Gesamtanlage ist für Mitte 2023 geplant. (CP)
