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Mehr als die Summe ihrer Teile: das Spektrum von Teilchenbeschleunigern erweitern

Da die Leistungsgrenzen der bestehenden Infrastruktur ausgereizt sind, wurde das EU-finanzierte Projekt EUCARD2 eingerichtet, um Teilchenbeschleuniger für die Grundlagenforschung und angewandte Forschung zu optimieren. Über das Projekt wurden erfolgreich ein kompakteres Beschleunigerdesign und nachhaltigere Optionen als die bisherigen Optionen erzielt.
Mehr als die Summe ihrer Teile: das Spektrum von Teilchenbeschleunigern erweitern
Das Projektteam von EUCARD-2 wandte erfolgreich Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit auf Beschleunigermagneten an, entwickelte neue Materialien für die Teilchenkollimation (Einengung) sowie neue supraleitende Beschichtungen zur Beschleunigung und trug zur Entwicklung von innovativen Beschleunigungsverfahren mit sehr hohen Gradienten bei. Durch diese Arbeit wurden im Zuge von EUCARD-2 vielversprechende Wege für die Zukunftsforschung identifiziert, die sowohl für die Industrie als auch für politische Entscheidungsträger von Bedeutung sind.

Ansteigende Verfügbarkeit für den Medizin-, Industrie-, Energie- und Umweltsektor

In Bezug auf die Festlegung der Prioritäten von EUCARD-2, erklärt Projektkoordinator Dr. Maurizio Vretenar: „Abgesehen davon, dass wir an unsere Kompetenzen gebunden waren, mussten wir ebenfalls Rücksicht darauf nehmen, dass das multidisziplinäre Team relativ klein war, sodass wir uns auf Bereiche mit hoher Wirkung fokussierten, die innerhalb des Zeitrahmens realisierbar waren.“ In der Praxis bedeutete dies, zu bestehender Arbeit beizutragen, da die Arbeit mit dem Beschleuniger sehr ressourcenintensiv ist. Den Großteil der Arbeit bildeten deshalb die Forschung am Schreibtisch, Laborexperimente und die Entwicklung von Prototypen. Durch diese Methoden konnte im Zuge von EUCARD-2 demonstriert werden, dass kompaktere Beschleuniger mit reduzierten Energieanforderungen machbar sind, um die Verfügbarkeit und Erschwinglichkeit der Forschung zu verbessern und um somit ebenfalls das Anwendungsspektrum zu erweitern.

Das Team priorisierte Bereiche, die direkte Vorteile für Unionsbürger mit sich bringen: kompakte Beschleuniger zur Isotopenproduktion im Bereich der Medizin, Elektronenbeschleuniger für Umweltanwendungen und kompakte Beschleuniger für die Industrie. Wie Dr. Vretenar ausführt: „Durch Beschleuniger produzierte Isotopen eröffnen neue Perspektiven für die medizinische Bildgebung und für die Krebstherapie, da ein Beitrag zu personalisierten Krebsbehandlungen geleistet wird. Darüber hinaus wird die Nutzung von Teilchenbeschleunigern zur Behandlung von Rauchgasen von Kohlekraftwerken oder von Abgasen die Freisetzung von Schwefel- und Stickstoffoxiden in die Atmosphäre verringern und somit die Luftqualität verbessern. Gleichzeitig werden auf Beschleunigern basierende industrielle Prozesse wie Materialanalyse, Materialprüfung, Kunststoffbehandlung und Ionenimplantation die europäische Wettbewerbsfähigkeit steigern, was zur Entstehung von Arbeitsplätzen und zu Wirtschaftswachstum führt.“

Aufbau einer schönen neuen Welt über ein dezentrales europäisches Beschleunigerlabor

Der nächste Schritt der Arbeit wird die Prototypisierung im großen Maßstab sowie die Initiierung von Pilotprojekten beinhalten, die auf den neuen Technologien gründen. Dies schließt die Identifizierung von Geschäftsmöglichkeiten und von industriellen Partnerschaften ein. Diese Schritte werden zum Teil in das Nachfolgeprojekt ARIES (Accelerator research and Innovation for European Science and Society) integriert. Dr. Vretenars Schlussfolgerung: „Es liegt eine schöne neue Welt für Anwendungen vor uns, welche zu einer Maßstabsverkleinerung unserer industriellen und medizinischen Prozesse von der herkömmlichen chemischen Ebene auf die atomare und subatomare Ebene führt und die zahlreiche Chancen und Herausforderungen bereithält.“

Beschleuniger stellen für Wissenschaftler den Schlüssel zur subatomaren Welt dar. Indem große Energiemengen in winzige Partikelstrahlen gebündelt werden, die tief in die Materie vordringen, können Beschleuniger atomare und molekulare Strukturen abbilden oder sogar Atome innerhalb der eigentlichen Strukturen modifizieren. Beschleuniger können die Atomkerne verändern und potenziell neue subatomare Teilchen erzeugen, indem Energie in Materie verwandelt wird – nach Einsteins berühmter Gleichung E=mc2.

EUCARD-2 ermöglichte über die Koordinierung eines aus 40 Beschleunigerlaboren, Technologieinstituten, Universitäten und Industrieakteuren bestehenden Konsortiums eine globale Sicht auf die Beschleunigerforschung, um gängige Herausforderungen anzugehen. Das Netz war auf die maximale Strahlleistung und auf innovative Beschleunigerkonzepte mit herausragendem Potenzial fokussiert. Durch die Förderung ergänzender Fachkenntnisse, die disziplinübergreifende Befruchtung mit Ideen und eine weiter gefasste Verbreitung von Wissen und Technologien zu strategischen Themen leistete EUCARD-2 erfolgreich einen Beitrag im Bereich der Forschung und Entwicklung für europäische Beschleuniger.

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Teilchenbeschleuniger EUCARD-2, Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit, Kollimation, kompakte Beschleuniger, Isotopen, Rauchgase, Luftqualität, Krebsbehandlung, Materialanalyse, Schwefel, Stickstoff, subatomar, atomar
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