Teilchenbeschleuniger sind für weite Bereiche der Grundlagenforschung, aber zunehmend auch in der Industrie oder der medizinischen Diagnostik und Therapie, unverzichtbare Hochtechnologie-Werkzeuge. Damit einher geht der 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.
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Dieses Graduiertenkolleg adressiert erstmals ein strukturiertes Promotionsprogramm zum Forschungsthema von ERLs an deutschen Universitäten. Diese Initiative profitiert von der außergewöhnlich günstigen 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 bereits als erster deutscher Beschleuniger im Schema eines ERL betrieben 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 Nachwuchswissenschaftler 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.