Entwicklung von additiv gefertigten Hochfrequenzresonatoren

Dr. Michael Mayerhofer und Prof. Dr. Günther Dollinger, Institut für Angewandte Physik und Messtechnik, Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik, haben das Projekt „Entwicklung von additiv gefertigten Hochfrequenzresonatoren mit Blick auf einen Linearen Positronen Nachbeschleuniger für NEPOMUC, FRM-II (PosiLac)" beim Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) eingeworben.

Laufzeit: 01.07.2025 - 30.06.2028

Förderung: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) - 8 ErUM-Pro Themenfeld Material 2025-2028

Hochfrequenz-Hohlraumresonatoren (Cavities) bilden die Grundlage für lineare Teilchenbeschleuniger. Aufgrund ihrer komplexen Geometrie werden sie oft aus mehreren Teilen gefertigt, die dann durch Hartlöten verbunden werden. Diese traditionelle Fertigungsmethode ist kostspielig und schränkt die Leistung der Cavities ein.

Die additive Fertigung (AM) hat das Potenzial, die Leistung der Cavities zu verbessern und gleichzeitig die Produktionskosten zu senken. In diesem Projekt wird eine normalleitende mehrzellige Demonstrator-Cavity mithilfe von AM hergestellt, um zu zeigen, dass additiv gefertigte Cavities den hohen Anforderungen großer Beschleunigeranlagen (z. B. FAIR, CERN, DESY) sowie medizinischer und industrieller Beschleuniger gerecht werden können.

Die Demonstrator-Cavity wird als Vorstudie für den linearen Positronenbeschleuniger (PosiLac) dienen, der für das gepulste niederenergetische Positronenstrahlsystem (PLEPS) am Münchner Forschungsreaktor FRM-II entwickelt wird. PosiLac wird die Positronenenergien von 20 keV auf 1 MeV erhöhen und damit die Analysetiefe von PLEPS auf mehrere Millimeter (je nach Material) erweitern.

Dies ermöglicht die Evaluation von Materialdefekten in z.B. Umgebungen mit hoher Energiestrahlung (z. B. Fusionsreaktoren, Weltraum), Wasserreinigungsmembranen und Hochleistungsbatteriematerialien durch Positronen-Annihilations-Lebensdauer-Spektroskopie (PALS) in Tiefen, die für diese technischen Anwendungen relevant sind. Da AM eine verbesserte Kühlleistung ermöglicht, wird PosiLac im Dauerstrichbetrieb (CW) arbeiten, wodurch die hohen Positronen-Zählraten des FRM-II erhalten bleiben. Mit PosiLac wird PLEPS zum weltweit ersten PALS-Experiment, das eine tiefenabhängige Defektanalyse bei hohen Zählraten erlaubt.

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