Accelerator Science and Technology for Energy-Recovery Linacs

Beschleunigerphysik und -technologie für Teilchenbeschleuniger mit Energierückgewinnung

Graduierten-Kolleg GRK 2128 „AccelencE“

Ankündigungen

Einführung

Teilchenbeschleuniger sind für weite Bereiche der Grundlagenforschung, aber zunehmend auch in der Industrie oder der medizinischen Diagnostik und Therapie, unverzichtbare Hochtechnologie-Werkzeuge, mit einem einhergehenden Bedarf an hochausgebildeten Spezialisten für deren Betrieb und Weiterentwicklung. Eine neue und noch wenig erforschte Klasse von Teilchenbeschleunigern erlaubt die weitgehende Rückgewinnung der zur Beschleunigung des Teilchenstrahls aufgewendeten Energie durch die phasenrichtige Rezirkulation des beschleunigten Strahls in die supraleitenden, elektromagnetischen Beschleunigungsresonatoren, in denen er unter Energieabgabe wieder auf niedrige Injektionsenergien abgebremst wird. Solche Energy-Recovery Linacs (ERLs) ermöglichen die höchsten Strahlleistungen im Dauerstrichbetrieb bei vergleichsweise niedrigen Betriebskosten.

Dieses Graduiertenkolleg adressiert erstmals ein strukturiertes Promotionsprogramm zum Forschungsthema von ERLs an deutschen Universitäten. Diese Initiative profitiert von der außergewöhnlich günsti-gen Situation in der Zusammenarbeit der beiden antragstellenden Universitäten: an der JGU Mainz befindet sich im Exzellenzcluster „PRISMA“ ein erster an einer deutschen Universität betriebener Hochstrom-ERL, MESA, im Bau, während der an der TU Darmstadt betriebene supraleitende, rezirkulierende Darmstädter Elektronenlinearbeschleuniger S-DALINAC gegenwärtig zum ersten deutschen Beschleuniger, der im Schema eines ERL betrieben werden kann, umgebaut wird. Das Forschungs- und Ausbildungskonzept greift diese besondere Situation auf, in der Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler aus Bereichen der Beschleunigerphysik und Elektrotechnik erstmals gemeinsam auf mit einander verzahnten Promotionsprojekten zum Thema der Physik und Technik von ERLs forschen.

Die Universitäten in Darmstadt und Mainz verbinden eine herausragende Expertise in rezirkulierenden Elektronenbeschleunigern in einem Umfeld, in dem mit der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) in Darmstadt die größte derzeit in Bau befindliche Ionenbeschleunigeranlage der internationalen Grundlagenforschung entsteht. Die teilnehmenden Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchs-wissenschaftler arbeiten in einem universitätsübergreifenden Rahmen an Promotionsprojekten aus fünf verzahnten Themenfeldern, die Schlüsseltechnologien für die Entwicklung und den Betrieb von ERLs darstellen: Elektronenquellen zur Erzeugung der Teilchenstrahlen, Injektoren zum Einschuss der Teilchen in die Beschleuniger, Strahldiagnosesysteme und digitale Beschleunigerkontrollsysteme, Strahldynamik von Teilchenstrahlen in ERLs und höchstauflösende Detektorsysteme zur Nutzung der Teilchenstrahlen. Das Ausbildungsprogramm zielt darauf ab, die nächste Generation von Führungskräften im Bereich der Teilchenbeschleunigertechnologie auszubilden.

Forschungsprofil

Das Graduiertenkolleg zielt darauf ab, Nachwuchswissenschaftler in interdisziplinären Feld der Beschleunigerwissenschaft auszubilden, wobei der Schwerpunkt auf ERLs liegt. Es stellt eine besondere Chance für die Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlern in der Beschleunigerphysik dar sowohl am S-DALINAC in Darmstadt als auch an dem im Aufbau befindlichen Beschleuniger MESA in Mainz.

Das Kolleg ruht auf drei Pfeilern: dem wissenschaftlichen Forschungsprogramm, dem Qualifizierungs- und Ausbildungskonzept für die Nachwuchswissenschaftler und dem Betreuungskonzept durch die Forschungsprojektleiter. Alle drei Bereiche sind für den Erfolg des Kollegs gleichermaßen wichtig.

Das wissenschaftliche Forschungsprogramm definiert die Forschungsbereiche und -projekte, die von den Nachwuchswissenschaftlern im Rahmen ihrer Promotionen bearbeitet werden. Das Qualifizierungskonzept bietet den Nachwuchswissenschaftlern die Möglichkeit, ihre wissenschaftlichen Kompetenzen, die über das fachspezifische Wissen hinausgehen, ebenfalls professionell zu weiterzuentwickeln. Das Betreuungskonzept garantiert eine effiziente und transparente Ausbildung der Nachwuchswissenschaftler.

Das Forschungsprogramm ist in fünf Projektbereiche unterteilt, die miteinander in Verbindung stehen. Die Projektbereiche erstrecken über die technischen Aspekte von Elektronenbeschleunigern beginnend mit der Erzeugung von Elektronen bis zur Wechselwirkung des präparierten Elektronenstrahls mit dem Target an einem Experimentierplatz.

Da für Experimente in der Kern- und Strahlenphysik Elektronenstrahlen von sehr hoher Qualität benötigt werden und da ERLs hohe Strahlleistungen zur Verfügung stellen, wurden dementsprechend miteinander in Beziehung stehende Projekte entwickelt.

Forschungsbereiche

A Elektronenquellen und Photokathoden
B Injektor Linacs
C Low-Level HF-Kontrollsysteme und Strahldiagnose
D Strahldynamik
E Strahl-Target-Wechselwirkung

Forschungsprojekte

A-1 Time-resolved investigations on the emission of polarized electrons from
GaAs photocathodes
A-2 Modeling and simulation of photoemission based electron sources
B-1 Development of b-graded SRF cavities for the S-DALINAC injector
B-2 Design of the beam line and a new cryomodule for the b-graded S-DALINAC injector
C-1 Diamond detectors for beam diagnostics, as fast triggers and as luminosity
monitors
C-2 Beam diagnostics, halo scraping and feedback systems for machine
protection and energy stabilization in ERLs
C-3 Digital open-loop and closed-loop rf control for superconducting cavities in
energy-recovery linacs
C-4 Enhancing the S-DALINAC digital LLRF system for stable ERL operation
D-1 Commissioning and parameter studies at the recirculating S-DALINAC ERL
D-2 Beam dynamical behaviour of MESA SRF-structures under recirculating
operation
D-3 Effect of space charge and wake fields in energy-recovery linacs
D-4 Beam dynamics and beam collimation following the internal target at MESA
E-1 Internal targets for the energy-recovery mode of MESA
E-2 Beam stability and stabilization aspects of MESA
E-3 Improving the energy resolution of the QCLAM spectrometer at S-DALINAC

Förderperiode

1. April 2016 – 30. September 2020 (54 Monate)

Start: 1. April 2016

Partneruniversitäten

Technische Universität Darmstadt

(Koordinierende Universität)

Karolinenplatz 5

D-64289 Darmstadt

Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Saarstr. 21

D-55122 Mainz

Teilnehmende Institute

Institut für Kernphysik (IKP)

Schlossgartenstr. 9

D-64289 Darmstadt

Telefon: +49 6151 16-23502

Fax: +49 6151 16-23305

E-Mail: cseeger@ikp.tu-darmstadt.de

Web: IKP

Institut für Theorie Elektromagnetischer Felder (TEMF)

Schlossgartenstr. 8

D-64289 Darmstadt

Telefon: +49 6151 16-24034

Fax: +49 6151 16-24027

E-Mail: sekretariat@temf.tu-darmstadt.de

Web: TEMF

Institut für Kernphysik (KPH)

Johann-Joachim-Becher-Weg 45

D-55128 Mainz

Telefon: +49 6131 39-25802 oder -25803

Fax: +49 6131 39-22964

E-Mail: andres@kph.uni-mainz.de

Web: KPH

Stellenausschreibungen

10 offene Stellen für Nachwuchswissenschaftler in der Beschleunigerphysik

Vollzeit(100%)- und Teilzeit(75%)-Stellen für Promotionsstudenten der Elektrotechnik und Physik

Das Ziel von AccelencE ist es, die Qualifikation und Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlern im Bereich der Beschleunigerphysik speziell im Hinblick auf ERLs zu fördern.

Forschungsfelder sind:

  • Elektronenquellen/Photokathoden
  • Injektor Linacs
  • Kontrollsystem
  • Strahldynamik
  • Strahl-Target-Wechselwirkung

AccelencE eine ideale Forschungsumgebung für Graduierte der Physik und Elektrotechnik, die sich in ihrer Promotionsarbeit auf Beschleunigerphysik und -technologie spezialisieren möchten.

Bewerber werden gebeten, ihren Lebenslauf, Kopien des Studienbuchs und der Zeugnisse, eine Erklärung zur Motivation und zwei Empfehlungsschreiben sowie optional eine Liste mit bisherigen Publikationen in elektronischer Form einzureichen. Bitte die Unterlagen an folgende Adresse schicken:

Bewerbungsfrist der ersten Runde ist der 21. März 2016.

Explizite Ausschreibungen

Projekt Ausschreibung abrufbar unter

Kontakt

Anfragen bitte richten an:

E-Mail:

oder

Telefon: +49 6151 16-23502 (IKP Sekretariat, Frau Seeger)

oder

Fax: +49 6151 16-23305