Baubeginn für Beschleunigerhalle bERLinPro am Helmholtz-Zentrum Berlin
3D-Modelle der Beschleunigerhalle für bERLinPro
Am HZB- Standort Adlershof entsteht ein neuer Linearbeschleuniger mit Energierückgewinnung
Im Rahmen von bERLinPro entwickeln Forscherinnen und Forscher des HZB eine neuartige Beschleunigertechnologie. Mit diesem Prototypen werden alle Schlüsselelemente für einen Hochstrombetrieb solcher Anlagen entwickelt und getestet. Er soll die Machbarkeit dieser Technologie demonstrieren.
Herausfordernd ist dabei nicht nur die neue Beschleunigertechnologie. Auch die Bauarbeiten müssen spezielle Anforderungen berücksichtigen. Zum einen die Anforderungen des Strahlenschutzes, die durch den späteren Betrieb der Anlage bestehen und ein unterirdisches Gebäude erfordern. Zum anderen ist der Grundwasserspiegel unter dem Gelände sehr hoch. Aus diesem Grund wird die Baugrube des Gebäudes in einer so genannten Trogbauweise errichtet. Das bedeutet, dass die eigentliche Beschleunigerhalle von einer Betonwanne umgeben ist. Unterstützt von Pumpen, hält diese während der Bauphase das Wasser vom Gebäude fern. Die Trogbauweise gilt bei schwierigem Baugrund als besonders sicheres und umweltverträgliches Verfahren, weil dadurch Auswirkungen auf den Boden und auf Nachbargebäude vermieden werden.
In der ersten Bauphase werden die seitlichen Schlitzwände und eine Bodenplatte in Form von überlappenden Betonlinsen in 12 Metern Tiefe errichtet. Erst danach beginnen die Arbeiter mit dem Bau der Beschleunigerhalle. Aus Gründen des Strahlenschutzes wird diese dann auch mit einem zirka drei Meter hohen Erdwall bedeckt. Zusätzlich wird für die Versorgung der Beschleunigeranlage eine Technikhalle benötigt. Sie wird zehn Meter hoch sein und ist direkt mit der Beschleunigerhalle verbunden. Die Baukosten belaufen sich auf ca. 12,7 Millionen Euro.
Die Entwicklung von Linac-basierten Lichtquellen bietet die einzigartige Chance, das komplette und komplementäre Spektrum an Synchrotronstrahlungsquellen in der Helmholtz-Gemeinschaft anzubieten. Dazu gehören Freie-Elektronen Laser, Speicherringe und nun auch Linearbeschleuniger mit Energierückgewinnung (englisch: Energy Recovery Linacs - ERL). Der ERL vereinigt als einziger Beschleunigertyp die Vorteile von Speicherringen und Linearbeschleunigern: Er erlaubt zum einen statische Strukturuntersuchungen mit hoher Auflösung. Es sind aber zeitaufgelöste Messungen möglich, mit denen man die Dynamik einer Struktur bei moderater Pulsintensität untersuchen kann, die die Proben nicht zerstört. Da zwischen beiden Betriebsmodi schnell gewechselt werden kann, lassen sich solch komplementäre Untersuchungen an der gleichen Probe innerhalb kurzer Zeit durchführen. Das ist ein ausschlaggebender Vorteil für viele Experimente. Zudem können bei ERL basierten Lichtquellen viele Beamlines gleichzeitig betrieben werden, so wie man es von Speicherringquellen kennt.
Die Funktionsweise des ERL
Im Energy Recovery Linac Prototype bERLinPro werden Elektronenpakete in einem Injektor erzeugt und in einem langen, geraden und supraleitenden Linearbeschleuniger (Linac) auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Die Elektronen werden dann durch Magnete, so genannte Undulatoren, geführt und erzeugen dort Röntgenstrahlung wie in einer Synchrotronstrahlungsquelle. Sie haben jedoch eine höhere Brillanz, da die Elektronenpakete im Linac kompakter bleiben als in einem Kreisbeschleuniger. Die Elektronenpakete werden kontinuierlich injiziert und kommen nach ihrem Umlauf wieder in den Linac zurück, wo sie abgebremst werden. Dadurch gewinnt man nahezu die gesamte Energie zurück.
Den Baufortschritt von bERLinPro können Sie hier über unsere Webcam im Zeitraffermodus verfolgen.
- Batterieforschung mit dem HZB-RöntgenmikroskopUm die Kapazität von Lithiumbatterien weiter zu steigern, werden neue Kathodenmaterialien entwickelt. Mehrschichtige lithiumreiche Übergangsmetalloxide (LRTMO) ermöglichen eine besonders hohe Energiedichte. Mit jedem Ladezyklus wird jedoch ihre Kapazität geringer, was mit strukturellen und chemischen Veränderungen zusammenhängt. Mit Röntgenuntersuchungen an BESSY II hat nun ein Team aus chinesischen Forschungseinrichtungen diese Veränderungen erstmals experimentell mit höchster Präzision vermessen: Mit dem einzigartigen Röntgenmikroskop konnten sie morphologische und strukturelle Entwicklungen auf der Nanometerskala beobachten und dabei auch chemische Veränderungen aufklären.
- BESSY II: Neues Verfahren für bessere ThermokunststoffeUmweltfreundliche Thermoplaste aus nachwachsenden Rohstoffen lassen sich nach Gebrauch recyclen. Ihre Belastbarkeit lässt sich verbessern, indem man sie mit anderen Thermoplasten mischt. Um optimale Eigenschaften zu erzielen, kommt es jedoch auf die Grenzflächen in diesen Mischungen an. Ein Team der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden hat nun an BESSY II untersucht, wie sich mit einem neuen Verfahren aus zwei Grundmaterialien thermoplastische „Blends“ mit hoher Grenzflächenfestigkeit herstellen lassen: Aufnahmen an der neuen Nanostation der IRIS-Beamline zeigten, dass sich dabei nanokristalline Schichten bilden, die die Leistungsfähigkeit des Materials erhöhen.
- Wasserstoff: Durchbruch bei Alkalischen Membran-ElektrolyseurenEinem Team aus Technischer Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum Berlin, Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (IMTEK) und Siemens Energy ist es gelungen, eine hocheffiziente alkalische Membran-Elektrolyse Zelle erstmals im Labormaßstab in Betrieb zu nehmen. Das Besondere: Der Anodenkatalysator besteht dabei aus preisgünstigen Nickelverbindungen und nicht aus begrenzt verfügbaren Edelmetallen. An BESSY II konnte das Team die katalytischen Prozesse durch operando Messungen im Detail darstellen, ein Theorie Team (USA, Singapur) lieferte eine konsistente molekulare Beschreibung. In Freiburg wurden mit einem neuen Beschichtungsverfahren Kleinzellen gebaut und im Betrieb getestet. Die Ergebnisse sind im renommierten Fachjournal Nature Catalysis publiziert.