Berechnungsdaten für Hochintensitäts-Beschleuniger der Zukunft

Die Auswahl des Targets ist ein entscheidender Parameter für die Auslegung von Versuchsanlagen für die kernphysikalische Forschung. Zur Auswahl des besten Targets für ein neues Versuchszentrum wurden deshalb zahlreiche Werkstoffe, Abmessungen, Wärmeableitverfahren und Temperaturprofile berechnet und simuliert.

Zur Erforschung der Eigenschaften und der Natur subatomarer Teilchen werden in modernsten High-Tech-Versuchsanlagen komplizierte Experimente durchgeführt. Da diese Teilchen extrem klein sind, besteht die einzige Möglichkeit zur Untersuchung ihres Verhaltens darin, größere Materiestücke zu studieren, die Millionen von ihnen enthalten. Dazu wird ein Strahl von kleinen Teilchen wie z.B. Protonen beschleunigt und auf ein Target geschossen. Durch dieses Bombardement überwinden einige der untersuchten Teilchen ihre Bindungskräfte und bilden nach einer speziellen Manipulation einen Sekundärstrahl.

Eine Gruppe von europäischen Forschungszentren und Universitäten, die sich mit der Entwicklung eines der weltweit fortschrittlichsten Versuchszentren für die Atomphysik beschäftigt, hat jetzt intensiv unter anderem die Targets studiert, die in dieser Anlage verwendet werden sollen, da diese Komponenten im Gesamtexperiment eine entscheidende Rolle spielen. Die Hauptziele bestanden in der Ermittlung der Eigenschaften des Targets selbst bei Freisetzung hoher Energien sowie in der Auswahl des optimalen Verfahrens zur Wärmeableitung.

Das Target gehört zu den Hauptfaktoren, die in Korrelation mit dem Primärstrahl die Sekundärstrahltypen regulieren. Entscheidende Parameter sind das Material, aus dem das Target besteht, ferner sein Aggregatzustand (flüssig oder fest) sowie die Dicke und die Abmessungen des Targets. Ein weiteres wichtiges Problem, das die Wirksamkeit und Funktionalität des Targets beeinflusst, ist die Abführung der entstehenden Wärme. Beim Eindringen des Strahls in das Target entsteht thermische Energie, die das Material auf mehrere hundert Grad erhitzt. Diese Materialerwärmung verursacht thermische Spannungen, die groß genug sein können, um zu einem Ausfall des Materials zu führen.

Die Forschungsgruppe berechnete im Detail die Temperaturprofile für die verschiedenen Betriebsarten, die für den künftigen Hochintensitäts-Beschleuniger vorgesehen sind. Diese Berechnungen wurden unter Berücksichtigung aller denkbaren Extremfälle durchgeführt. Die Ergebnisse sowie die vorgeschlagenen Target-Lösungen werden in sechs Berichten beschrieben, die von der Projekt-Website abgerufen werden können.

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Dr. Patricia Roussel-Chomaz
GANIL, BP5027
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