Numerische Simulation elektromagnetischer Felder

Schwerpunkt: Linear Collider Studien

Kontakt:
Prof. Dr. Ursula van Rienen / Dr. Dirk Hecht
Universität Rostock
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
D-18051 Rostock
Germany

In der Hochenergiephysik werden die elementarsten Bausteine der Materie untersucht. Adäquate, einem Mikroskop vergleichbare Instrumente zur Untersuchung von Elementarteilchen sind Beschleuniger bzw. Speicherringe. Beim Bau von Großbeschleunigern werden technische Komponenten verwendet, die an der Grenze des Machbaren liegen. Dazu sind beträchtliche finanzielle Mittel erforderlich. Somit sind möglichst genaue Aussagen über die Leistungsfähigkeit eines neuen Beschleunigers ein wichtiger Teil der Planung. Basierend auf den im Forschungsschwerpunkt Entwicklung und Untersuchung neuer Algorithmen und numerischer Lösungsverfahren behandelten Methoden wurden und werden Computerprogramme entwickelt, die der Optimierung bestimmter technischer Elemente eines Beschleunigers, insbesondere der Beschleunigungsstrecken, dienen. Neben der Anwendung im Bereich der Beschleunigerphysik sind diese Verfahren praktisch überall dort in der Elektrotechnik verwendbar, wo Mikrowellensysteme, wie z.B. Wellenleiter oder Resonatoren, technisch genutzt werden.

In Zukunft interessieren in der e+e--Physik derart hohe Energien (500 GeV bis 1,5 TeV), daß Speicherringe wegen der Energieverluste durch Synchrotronstrahlung nicht mehr in Frage kommen. Derzeit werden deshalb weltweit einige Projektstudien und Testanlagen für einen Linear Collider betrieben (s. z.B. www-mpy.desy.de/lc-cdr/). Die derzeit verfolgten Konzepte für zukünftige Lineare Collider können grundsätzlich in zwei Gruppen aufgeteilt werden: Die meisten Konzepte verwenden normalleitende Strukturen zur Beschleunigung der Elementarteilchen und unterscheiden sich im wesentlichen durch ihre Betriebsfrequenz (s. auch SBLC mit der Testanlage SB-TF, NLC mit NLC-TA und FFTB, JLC mit ATF, CLIC mit CTF). Ein Konzept sieht die Beschleunigung durch supraleitende Strukturen vor (TESLA mit der Testanlage TTF)

Die Analyse von Beschleunigerstrukturen für zukünftige Linearbeschleuniger sowie ihr Einfluß auf die Strahldynamik waren und sind ein wesentliches Thema des beschriebenen Forschungsscshwerpunkts. Auch andere technische Fragestellungen wurden und werden untersucht. Einige Ergebnisse bisher abgeschlossener Studien werden im folgenden illustriert:

Feldberechnungen

  • E

Temperaturberechnungen Simulation

  • stationärer Temperaturprobleme (Theoretische Grundlagen)
  • Induktionslöten
  • Kühlung einer Beschleunigungsstruktur
  • Hochfrequenz-Fenster
  • Feldabsorption in einem Wellenleiter