Das Deutsche Elektronen-Synchrotron, kurz DESY, ist ein Forschungsinstitut, dessen wissenschaftliche Leistungen insbesondere auf dem Gebiet der Beschleunigerphysik und -technologie als wegweisend gelten. Als eines der weltweit führenden Beschleunigerzentren fungiert DESY als zentrale Anlaufstelle für Forscher und Ingenieure, die bestrebt sind, die Grenzen des Verständnisses des Mikrokosmos zu überwinden. Das Spektrum der Forschungsfelder umfasst das Verhalten elementarer Teilchen, die komplizierte Dynamik von Nanomaterialien sowie komplexe Prozesse, die zwischen Biomolekülen ablaufen. Mit modernsten Beschleunigern und Detektionsinstrumenten erzeugt DESY das intensivste Röntgenlicht der Welt, treibt Teilchen auf rekordverdächtigen Energien und eröffnet völlig neue Perspektiven auf das Universum.
Spitzentechnologie und Forschung bei DESY
Die DESY-Beschleuniger stellen das zentrale Element der Forschung dar und ermöglichen eine bislang beispiellose Erforschung der kleinsten Bestandteile der Materie. Die Beschleuniger der Anlage, wie FLASH und der European XFEL (X-ray Free-Electron Laser), sind mit einzigartigen Diagnoseinstrumenten ausgestattet, welche detaillierte Einblicke in das Verhalten von Teilchenstrahlen ermöglichen. Diese Instrumente sind für Experimente, die eine präzise Kontrolle und Messung der Strahleneigenschaften erfordern, von entscheidender Bedeutung, da sie sowohl für die Weiterentwicklung der Grundlagenforschung als auch für praktische Anwendungen unerlässlich sind. Zu den wesentlichen Gruppen innerhalb von DESY zählt die MSK-Gruppe, deren Aufgaben die Entwicklung und der Betrieb von Systemen umfassen, welche beispielsweise Strahlenschwingungen dämpfen, kritische Parameter wie magnetische Ströme und Radiofrequenzen kontrollieren sowie gepulste Komponenten mit einer bislang unvorstellbaren Präzision synchronisieren. Die MSK-Gruppe leistet einen maßgeblichen Beitrag zur Gewährleistung der Stabilität und Genauigkeit der DESY-Beschleuniger, wodurch den Forschenden die Durchführung von Experimenten mit beispielloser Präzision ermöglicht wird.
Die Rolle der Spezialdiagnostik (SDiag) Teams
Das Team für Spezialdiagnostik (SDiag) spielt innerhalb der MSK-Gruppe eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung und Weiterentwicklung der Strahlendiagnostik bei DESY. Die Kernkompetenz des SDiag-Teams liegt in der Entwicklung und dem Betrieb von Diagnosesystemen, welche in strahlenbasierte Rückkopplungsschleifen integriert sind. Dadurch lassen sich die longitudinalen Eigenschaften von Elektronenpaketen stabilisieren.
Die Diagnostik spielt eine wesentliche Rolle bei der Aufrechterhaltung der Qualität und Zuverlässigkeit der Strahlen in DESYs sogenannten freien-Elektronen-Lasern, insbesondere in FLASH und dem European XFEL.
Die Diagnoseinstrumente wurden durch das SDiag-Team für die Messung essenzieller Eigenschaften entwickelt, darunter:
- Ankunftszeit des Bündels: Gemessen relativ zu einer Femtosekunden-Referenz, die von einem laserbasierten Synchronisationssystem bereitgestellt wird. Die genaue Messung der Ankunftszeit ist entscheidend für die Synchronisierung der Elektronenpakete mit externen Prozessen.
- Bündelkompression: Bestimmt durch die Intensität der THz-Strahlung, die vom Integral und der Breite der Ladungsdichte innerhalb eines Bündels abhängt. Die richtige Bündelkompression ist entscheidend für die Erzeugung hochwertiger Röntgenpulse.
- Aktuelles Bündelprofil (Umschlag): Das Verständnis des Stromprofils hilft den Forschern, die Strahlparameter für verschiedene experimentelle Anforderungen zu optimieren.
- Spektraler Formfaktor: Diese Messung gibt Aufschluss über das Ladungsdichteprofil der einzelnen Elektronenbündel und ermöglicht eine Feinabstimmung der Strahleneigenschaften.
Die Entwicklung der für die genannten Messungen erforderlichen Geräte erfolgt durch das SDiag-Team. Hierbei werden optische, elektrooptische und elektrische Komponenten miteinander kombiniert. Die genannten Geräte stellen das Rückgrat der Strahlendiagnosesysteme bei DESY dar und gewährleisten eine präzise Steuerung, Auslesung sowie Datenanalyse. Der integrierte Ansatz gewährleistet, dass die hohen Standards, die für die wissenschaftliche Spitzenforschung erforderlich sind, von DESY erfüllt werden.
Erweiterter Bunch Arrival Monitor (BAMs)
Zu den essenziellen Geräten, die durch das SDiag-Team am DESY entwickelt wurden, zählt der Bunch Arrival Monitor (BAM). Die Funktion dieser Monitore besteht in der Messung der Ankunftszeit von Elektronenpaketen an verschiedenen Punkten im Beschleunigertunnel. BAMs sind von entscheidender Bedeutung für die Synchronisation von Experimenten, bei denen eine präzise Zeitmessung von essenzieller Bedeutung ist.
Derzeit sind mindestens sechs BAM-Geräte im Tunnel installiert, von denen drei für SCS von besonderer Relevanz sind. Hierbei handelt es sich um die Geräte SASE 1 und SASE 3 sowie die Undulationen 414.B2, 1932M.TL und 1932.TL. Die in den Kennungen angezeigten Zahlen entsprechen der Entfernung von der Laserkanone in Metern. Dabei stellt die Kennung 1932S.TL die kritischste dar, da sie die letzte BAM vor den Undulationen SASE 1 und SASE 3 ist.
Das SDiag-Team ist bestrebt, die Modellierung und das Design von BAM-Schaltungen und -Komponenten kontinuierlich zu optimieren. Der Fokus liegt hierbei auf Anwendungen bis zu einer Frequenz von 100 GHz sowie niedrigeren Ladungsoperationen. Diese Arbeit wird in Kooperation mit anderen renommierten Forschungsinstituten durchgeführt, darunter das KIT (Karlsruher Institut für Technologie), das HZDR (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf) sowie die THM (Technische Hochschule Mittelhessen). Eine der wesentlichen Herausforderungen im Rahmen dieses Entwicklungsprozesses stellt der Einbau von Leiterplatten in Vakuumkammern dar. Um dieses Problem zu lösen, ist eine sorgfältige Auswahl, Optimierung und Bewertung der Materialien erforderlich, wobei sowohl vakuumtechnische Tests als auch interferometrische Messungen zu berücksichtigen sind.
Zusammenarbeit mit der binder Gruppe für Fertigungslösungen
Um die Herausforderungen bei der Herstellung von BAM-Komponenten zu meistern, hat DESY die Zusammenarbeit mit der binder Gruppe initiiert. Die binder Gruppe ist ein Unternehmen, das zu den führenden Spezialisten für Rundsteckverbinder zählt und sich durch fortschrittliche Fertigungsmöglichkeiten auszeichnet. Die Kernkompetenzen der Gruppe umfassen die individuelle Entwicklung, Konstruktion und automatisierte Fertigung von Steckverbindern, das Industrial Engineering, die Kunststoffteilelieferung, die Messtechnik mit CT, das QS-Labor sowie den Werkzeugbau. Die binder Gruppe offeriert ein umfassendes Spektrum an Dienstleistungen, welches unter anderem effektives Drucken, Ätzen und Versilbern im Mikrometerbereich umfasst. Somit stellt sie einen adäquaten Partner für DESYs anspruchsvolle Anforderungen dar.
Die Erfahrung und das technische Know-how der binder Gruppe haben sich bei der Bewältigung der spezifischen Herausforderungen, mit denen DESY konfrontiert ist, als unschätzbar wertvoll erwiesen. Die Einrichtungen bieten eine robuste Lösung für die Herausforderungen, die sich aus der Installation empfindlicher Komponenten in Vakuumumgebungen ergeben. Zudem wird sichergestellt, dass die Diagnosegeräte von DESY den höchsten Ansprüchen an Leistung und Zuverlässigkeit genügen.
binder Gruppe: Ein vertrauenswürdiger Partner für hochpräzise Fertigung
Die binder Gruppe ist ein führender Anbieter für fortschrittliche Fertigungslösungen und genießt hohes Ansehen für ihre Expertise in der Herstellung hochpräziser Komponenten für spezielle wissenschaftliche und industrielle Anwendungen. Die binder Gruppe hat sich als vertrauenswürdiger Partner für Organisationen wie DESY etabliert, die höchste Standards bei der Komponentenfertigung und -montage fordern. Dies ist auf einen starken Fokus auf Innovation, Qualität und Kundenzufriedenheit zurückzuführen.
Umfassende Fähigkeiten und modernste Einrichtungen
Die binder Gruppe bietet eine breite Palette von Dienstleistungen an, die auf die komplexen Anforderungen von Hightech-Industrien zugeschnitten sind, darunter:
- Mikropräzisionsfertigung: Die binder Gruppe ist auf Fertigungstechniken im Mikromaßstab spezialisiert, einschließlich hochpräziser Ätz- und Abscheidungsprozesse. Ihre Fähigkeit Materialien wie Silber im Mikrometermaßstab abzuschneiden, ist besonders wertvoll für Anwendungen, die eine hohe Leitfähigkeit und minimale Störungen erfordern, wie beispielsweise die Herstellung von Leiterplatten für die Strahlendiagnose.
- Erweitertes Drucken und Ätzen: Die Einrichtungen des Unternehmens sind mit fortschrittlichen Drucktechnologien ausgestattet, die die Herstellung komplexer Schaltkreismuster mit außergewöhnlicher Genauigkeit ermöglichen. Ihre Ätzmöglichkeiten stellen sicher, dass selbst die filigransten Strukturen präzise hergestellt werden, was für Komponenten, die in Hochvakuum Umgebungen wie bei DESY arbeiten, von entscheidender Bedeutung ist.
- Vakuumkompatible Lösungen: Die binder Gruppe ist sich der Herausforderungen bewusst, die mit der Installation von Komponenten in der Vakuumkammer verbunden sind, und bietet Lösungen an, die speziell darauf ausgelegt sind, den strengen Anforderungen solcher Umgebungen standzuhalten. Das Fachwissen in der Materialauswahl und Oberflächenbehandlung stellt sicher, dass die Komponenten die strengen Anforderungen von Hochvakuum- und Hochfrequenzanwendungen erfüllen.
- Kundenspezifische Fertigungsdienstleistungen: Die kundenspezifischen Fertigungsdienstleistungen der binder Gruppe sind auf die individuellen Spezifikationen jedes Projektes zugeschnitten. Sie arbeiten eng mit den Kunden zusammen, um maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln, vom ersten Entwurf bis zur Endproduktion, und stellen so sicher, dass jede Komponente innerhalb ihrer beabsichtigten Anwendung optimal funktioniert.
Kundenorientierter Ansatz und außergewöhnlicher Service
Die binder Gruppe ist nicht nur für ihre technische Expertise bekannt, sondern auch für ihr Engagement im Kundenservice: Ihre Herangehensweise an die Interaktion mit Kunden ist durch mehrere Grundprinzipien geprägt.
- Gemeinsames Engagement: Die binder Gruppe legt Wert auf eine kooperative Arbeitsweise und bezieht Kunden aktiv in jede Phase des Entwicklungsprozesses mit ein. Die Aufrechterhaltung offener Kommunikationswege gewährleistet die vollständige Integration der Anforderungen und Rückmeldungen der Kundinnen und Kunden in den Produktionsablauf. Der ganzheitliche Ansatz resultiert in effektiveren Lösungen sowie einer höheren Kundenzufriedenheit.
- Schneller und flexibler Service: Die binder Gruppe ist sich der Tatsache bewusst, dass Projekte häufig mit engen Fristen und sich ändernden Anforderungen einhergehen. Sie ist daher stolz auf ihre Fähigkeit, flexibel und schnell auf solche Veränderungen reagieren zu können. Die Fähigkeit, Prozesse an Änderungen im Projektumfang anzupassen und dabei die Erfüllung der Kundenbedürfnisse sicherzustellen, ohne Kompromisse hinsichtlich der Qualität oder Zeitpläne einzugehen, stellt eine wesentliche Stärke dar.
- Fachkundige Anleitung und Beratung: Die binder Gruppe bietet fachkundige Beratungsdienste an, um Kunden bei der Bewältigung der Komplexität des Komponentendesigns und der Fertigung zu unterstützen. Das Team aus erfahrenen Ingenieuren und Technikern bietet wertvolle Einblicke in die Materialauswahl, Prozessoptimierung und technische Machbarkeit. Damit unterstützt es Kunden bei der Entscheidungsfindung, die den Gesamterfolg ihrer Projekte steigern.
- Qualitätssicherung und Zuverlässigkeit: Die Gewährleistung einer erstklassigen Qualität stellt für die binder Gruppe ein essenzielles Element der Unternehmensphilosophie dar. Im Rahmen des gesamten Herstellungsprozesses werden strenge Qualitätskontrollen durchgeführt, welche die Materialprüfung sowie die Endproduktprüfung umfassen. Das Streben nach Qualität gewährleistet, dass sämtliche Komponenten den anspruchsvollen Standards genügen, welche von Kunden in High-Tech-Branchen wie der Teilchenphysik und der Beschleunigungstechnologie gefordert werden.
- Unterstützung nach der Lieferung: Das Engagement der binder Gruppe für die Kundenzufriedenheit manifestiert sich nicht allein in der Lieferung, sondern erstreckt sich darüber hinaus. Des Weiteren wird seitens des Unternehmens ein umfassender Support nach der Lieferung offeriert, welcher Ratschläge zur Fehlerbehebung und Wartung sowie Updates zu den neuesten Fortschritten in der Fertigungstechnologie beinhaltet. Der kontinuierliche Support stellt somit sicher, dass die Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit der Komponenten über den gesamten Lebenszyklus hinweg aufrechterhalten wird. Auch nach Abschluss des Projekts generiert er somit einen Mehrwert.
binder Gruppe und DESY: eine starke Partnerschaft für Innovation
Die Zusammenarbeit zwischen DESY und der binder Gruppe kann als exemplarisches Beispiel dafür gelten, wie durch eine enge Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Akteuren technologische Innovationen vorangebracht und technische Herausforderungen bewältigt werden können. Die Fähigkeit der binder Gruppe, kostengünstige, verlässliche und vakuumtaugliche Komponenten bereitzustellen, hat maßgeblich dazu beigetragen, die diagnostischen Fähigkeiten von DESY zu verbessern, insbesondere im Rahmen der Entwicklung der Bunch-Arrival-Monitore (BAMs) und anderer kritischer Diagnosesysteme.
Die Bestätigung der DESY für die binder Gruppe belegt eindrucksvoll die herausragenden Fertigungskompetenzen sowie den kundenorientierten Ansatz des Unternehmens. Die binder Gruppe stellt für DESY einen wesentlichen Partner bei der kontinuierlichen Innovation und Erweiterung der Forschungsgrenzen dar. Durch ihre Beiträge leistet sie einen wesentlichen Beitrag zur Spitzentechnologie, wodurch DESY zu einem führenden Unternehmen in der Beschleunigungsforschung wird.
Gemeinsam mit der binder Gruppe optimiert DESY nicht nur die Leistungsfähigkeit der Teilchenbeschleuniger, sondern definiert auch neue Standards für die Produktion von hochpräzisen Komponenten für die wissenschaftliche Forschung. Diese Kooperation verdeutlicht die Relevanz einer interinstitutionellen und interprofessionellen Zusammenarbeit zwischen wissenschaftlichen Einrichtungen und forschungsintensiven Unternehmen, um technologische Innovationen zu generieren und die Grenzen des Wissens zu erweitern.
Die Zukunft der Diagnostik und Strahlenstabilisierung bei DESY
Aufgrund der weiterhin bestehenden Grenzen der Beschleunigerforschung wird die Bedeutung der Diagnostik und der Strahlstabilisierung zukünftig weiter zunehmen. Das SDiag-Team ist bestrebt, durch die kontinuierliche Entwicklung fortschrittlicher Diagnoseinstrumente sowie die enge Zusammenarbeit mit Branchenführern wie der Binder Gruppe, die Spitze dieser Bemühungen zu markieren. Die Verfeinerung und Erweiterung der Strahldiagnostik führt bei DESY nicht nur zu einer Steigerung der Präzision der eigenen Experimente, sondern auch zur Definition neuer Standards für Beschleunigeranlagen weltweit.
Die Tätigkeit bei DESY kann als Beispiel dafür angeführt werden, dass Spitzentechnologie und internationale Zusammenarbeit wissenschaftliche Entdeckungen maßgeblich vorantreiben können. Die Erforschung der tiefsten Geheimnisse der Materie sowie die Entwicklung neuer Materialien und Technologien sind wesentliche Bestandteile der DESY-Forschung. Die Beschleuniger und die dahinterstehenden Teams tragen maßgeblich zu einem tieferen Verständnis unseres Universums und der fundamentalen Kräfte, die es bestimmen, bei.
Herausgegeben von:
Dr. Nisamol Thevaruparambu Abdul Nazer
DESY, Hamburg