Elektromagnetische Felder in der Beschleunigerphysik

Teilchenbeschleuniger finden heutzutage eine breite Anwendung. So werden sie zum Beispiel in der Halbleiterindustrie zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen oder Photovoltaikanlagen genutzt oder in der Medizin zur Strahlentherapie angewandt. Ein weiterer wesentlicher Anwendungsbereich von Teilchenbeschleunigern ist die Grundlagenforschung, welche die Entwicklung dieser Anlagen maßgeblich vorangetrieben hat. Experimente mit Beschleuniger zur Grundlagenforschung erlauben zum Beispiel die Untersuchung der inneren Struktur von Materie.

Ein Fokus der Gruppe "Elektromagnetische Felder in der Beschleunigerphysik" am Lehrstuhl von Prof. van Rienen sind Hochfrequenzbaugruppen von Teilchenbeschleunigern. Darunter fallen zum Beispiel supraleitende Hohlraumresonatoren, die eingesetzt werden, um geladene Teilchen auf hohe Energien zu beschleunigen. Typischerweise werden bestehende Resonatordesigns charakterisiert oder Strukturen für in der Planung befindliche Beschleunigeranlagen optimiert und entworfen. Von Interesse sind dabei stets von einem Feldproblem abgeleitete Größen, wie Streuparameter, Impedanzparameter, externe Güten und Eigenwellen.

Ein weiterer Fokus der Gruppe "Elektromagnetische Felder in der Beschleunigerphysik" ist die Simulation der Dynamik von Wolken geladener Teilchen. Ziel dieser Simulationen ist die Erlangung eines besseren Verständnisses von Strahlinstabilitäten, die bis zum kompletten Verlust des Strahles im Beschleuniger führen können. Zu diesem Zweck werden sogenannte Teilchentrackingprogramme eingesetzt. Basierend auf einer Startverteilung geladener Teilchen berechnen diese Programme die Verteilung der Teilchen nach einer endlichen Zahl von diskreten Zeitschritten unter Berücksichtigung von elektrischen und magnetischen Feldern. Ebenfalls werden ultrarelativistische Effekte zur Berechnung der Teilchentrajektorien in Betracht gezogen.

Für ihre Studien nutzt die Arbeitsgruppe kommerzielle Softwarepakete und Eigenentwicklungen. Die Forschungsprojekte werden im Rahmen von BMBF und DFG Projekten eng mit dem HZB, dem HZDR, dem DESY, der ELSA und dem CERN durchgeführt.

Externe Doktoranden

Ehemalige Mitarbeiter

EU-Förderung

Laufende Projekte

keine

Abgeschlossene Projekte

Enhanced European Coordination for Accelerator Research and Development (EuCard)

Die Arbeitsgruppe von Frau Prof. van Rienen war neben Projektpartnern vom Deutschen Elektronen Synchrotron (DESY), der Universität Manchester (UMAN) und dem Cockcroft Institute Teil des Arbeitspaketes 12.4 des Forschungsprojektes EuCard2 (Enhanced European Coordination for Accelerator Research and Development.

BMBF-Förderung

Laufende Projekte

Strahl-Impedanzberechnungen für das HiLumi-Upgrade des LHC-Injektores SPS und zukünftige CERN-Großgeräte und Entwurf eines Quadrupolresonators zur genauen Messung von HF-Eigenschaften metallischer Proben - SINCERE

Berechnung von Raumladungseffekten und Strahldynamik (STRAND)

Abgeschlossene Projekte

"Entwicklung einer Multipacting-freien Kathodeneinheit für supraleitende Hochfrequenz-Photoinjektoren (SRF-Guns)“ (SINEMP) im Verbundprojekt „Hochbrillante photoinduzierte Hochfrequenz-Elektronenquellen“ (HOPE) sowie

"Entwicklung von Wakefield-basierten Apparaturen zur Kompression der longitudinalen Phasenraumverteilung an ELBE“ (WAKOMP) im BMBF-Forschungsschwerpunkt „Freie-Elektronen-Laser: Untersuchung von Materie mit ultrakurzen, extrem intensiven Röntgenpulsen"; "Gemeinsam viel heller. Im Verbund das Potenzial der hellsten Lichtquellen der Welt ausschöpfen." (FEL FSP-302)

"Entwicklung von Kavitäten und modenbasierten Diagnose-Verfahren für BESSY VSR unter Beachtung stochastischer Unsicherheiten“ (KADISO) im Verbundprojekt „Schlüsselmethoden und -komponenten für die Anwendung supraleitender CW-Multizell-Resonatoren in Strahlungsquellen“

"Entwicklung von Maßnahmen zur Milderung von Ioneneffekten in Hochstrom-Beschleunigern“ (MILOS) im gleichnamigen Verbundprojekt

Weitere öffentliche Forschungsförderung

Laufende Projekte

Cavity Design and Layout for the FCC-ee and FCC-hh RF systems
Kooperationsvertrag mit CERN: 01.09.2015 - 01.09.2018

Entwicklung von Prototypen zur transversalen Strahlenablenkung eines 100mV Elektronenstrahls MHz Pulswiederholate einschließlich der dafür notwendigen hochfrequenztechnischen und strahldynamischen Simulationsrechnungen (TRACE)
Kooperationspartner: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR): 01.09.2016 - 31.08.2019

Concatenation Studien für bERLinPro
Kooperationspartner: Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH (HZB): 01.10.2016-31.01.2017

Abgeschlossene Projekte

Concatenation Studien für bERLINPro
Kooperationsvertrag mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB): 15.09.2015 - 15.01.2016

Linear Collider Studien
Kooperationsvertrag mit DESY: 01.03.1998 - 31.12.2008