Wissenschaft und Technologie bei Beschleunigern auf unterschiedliche Weise voranbringen

Von studentischen Herausforderungen bis hin zu 3D-gedruckten Kupferbauteilen für Teilchenbeschleuniger – für das EU-unterstützte Projekt I.FAST ist das Arbeitsalltag.

Industrielle Technologien

Weltraum

© Siarhei/stock.adobe.com

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts I.FAST wurde eine Kernkomponente für künftige Teilchenbeschleuniger additiv gefertigt. Das Besondere daran: Zum ersten Mal ist es gelungen, dieses kritische Kupferbauteil in einem Stück in 3D zu drucken.

„Das ist der Beweis, dass Anwender große Kupferbauteile mit einer Bauteilhöhe von fast 400 Millimetern mit unseren Maschinen additiv mit großer Präzision herstellen können – oder anders ausgedrückt: Mit dem 3D-Druck können wir auch hochpräzise Teile wie dieses schneller, kostengünstiger und energieeffizienter fertigen“, so der Ingenieur Michael Thielmann vom deutschen Hochtechnologieunternehmen TRUMPF, dem Hersteller des Bauteils, in einer Pressemitteilung auf „3D Printing Media Network“. Die fertige Version des Bauteils aus Reinkupfer wurde auf der internationalen 3D-Druckmesse Formnext im November 2022 in Frankfurt gezeigt.

Günstigere und schnellere Fertigung

Bei diesem Bauteil handelt es sich um einen Radiofrequenz-Quadrupol (RFQ), der – wie in der Pressemitteilung berichtet – eines der komplexesten Teile eines Beschleunigers ist. Der RFQ beschleunigt den Teilchenstrahl und bringt ihn damit nahezu auf Lichtgeschwindigkeit. Bisher wurden RFQs mit zeit- und kostenintensiven konventionellen Methoden angefertigt. Sie wurden in verschiedenen Teilen gefertigt und anschließend waren viele einzelne Produktionsschritte wie Fräsen und Löten notwendig. Bei der additiven Fertigung entfallen viele dieser Zwischenschritte und das Bauteil kann in einem Arbeitsgang produziert werden.

„Derzeit sind weltweit über 30 000 Beschleuniger im Einsatz, die meisten davon im Gesundheitswesen und in der Industrie. Die additive Fertigung kann dazu beitragen, die Größe und die Kosten aller Arten von Beschleunigern zu verringern, indem es ihre Herstellung verbessert und verkürzt, und ihre Leistung erhöht“, so Maurizio Vretenar vom I.FAST-Projektkoordinator der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) in derselben Pressemitteilung.

Durch den im 3D-Druckverfahren verwendeten grünen Laser ist zudem eine schnellere und kostengünstigere Herstellung von Kupferkomponenten als bei vergleichbaren Anlagen mit Infrarot-Technologie möglich, da das Kupfer den grünen Laserstrahl besser als den eines Infrarotlasers absorbiert. „Wir brauchen weniger Energie, um so schnell wie ein Infrarotlaser zu sein, oder wir können mit der gleichen Energie schneller arbeiten“, sagt Thielmann.

Studierende herausfordern

Im Sinne seines Ziels, Europa an die Spitze der Wissenschaft und Technologie für Beschleuniger zu führen, lädt I.FAST Bachelor- und Masterstudierende zur Teilnahme an seiner Herausforderung im Sommer 2023 ein, um neue und innovative Umweltanwendungen für Teilchenbeschleuniger zu finden. 10 Tage lang, vom 25. Juli bis zum 3. August, werden Studierende aller Fachrichtungen an europäischen Universitäten in multidisziplinären, aus sechs Personen bestehenden Teams darüber nachdenken, wie Beschleuniger eingesetzt werden können, um aktuelle Umweltprobleme zu lösen.

Hochrangige Seminare über Teilchenbeschleuniger, ökologische Herausforderungen und Innovation werden die Studierenden in ihrer Arbeit unterstützen. Am Abschlusstag wird jedes Team seine Arbeit vor einem Sachverständigengremium am CERN präsentieren. Die Bewerbungsfrist für diese Initiative von I.FAST (Innovation Fostering in Accelerator Science and Technology) endet am 28. Februar 2023.

Weitere Informationen:
I.FAST-Projektwebsite

Schlüsselbegriffe

I.FAST, Teilchenbeschleuniger, CERN, additive Fertigung, 3D-Druck, Kupfer, Bauteil, Radiofrequenz-Quadrupol