{"id":15625,"date":"2025-05-02T12:19:19","date_gmt":"2025-05-02T10:19:19","guid":{"rendered":"https:\/\/cms.zdv.uni-mainz.de\/fb08-physics\/beschleunigerphysik\/"},"modified":"2026-04-10T14:54:47","modified_gmt":"2026-04-10T12:54:47","slug":"beschleunigerphysik","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/physics.uni-mainz.de\/de\/home\/physikalische-forschung\/forschungsfelder\/beschleunigerphysik\/","title":{"rendered":"Beschleunigerphysik"},"content":{"rendered":"\n<\/jgu-base-pageheader>\n\n\n

Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz<\/a> > Fachbereich 08<\/a> > Physik<\/a> > Physikforschung<\/a> > Forschungsfelder<\/a> > Beschleunigerforschung<\/p>\n\n\n\n

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Das Ma<\/strong>inzer Mi<\/strong>krotron, eine vierstufige Mikrotron-Kaskade namens MAMI-C<\/strong>, ist die zentrale Forschungseinrichtung des Instituts f\u00fcr Kernphysik. Es liefert einen Elektronenstrahl mit einer maximalen Energie von 1558 Millionen Elektronenvolt (MeV). Zu den herausragenden Eigenschaften von MAMI<\/strong> geh\u00f6ren z.B. ein Strahlstrom von bis zu 100\u00b5A, eine Energieverteilung von weniger als 10-4<\/sup> sowie eine hervorragende Zuverl\u00e4ssigkeit, die mehr als 7000 Strahlstunden pro Jahr erm\u00f6glicht. <\/p>\n\n\n\n

Der Mainzer Beschleuniger MESA <\/strong>befindet sich derzeit im Bau. Mit Hilfe von Energier\u00fcckgewinnung und Supraleitung wird er einen mehr als 10-mal h\u00f6heren Strahlstrom als MAMI liefern, bei einem Stromverbrauch von weniger als 50%. Dies wird neue Experimente in der Teilchenphysik erm\u00f6glichen, die bisher nicht m\u00f6glich waren. <\/strong> <\/strong> <\/strong> <\/strong> <\/p>\n\n\n\n

Sowohl der MAMI<\/strong>– als auch der MESA<\/strong>-Beschleuniger kann einen Strahl mit mehr als 80% Spinpolarisation liefern, was die Beobachtung spinempfindlicher Messgr\u00f6\u00dfen an allen experimentellen Aufbauten erm\u00f6glicht.<\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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RF-Supraleitung bezieht sich auf die Anwendung von supraleitenden Materialien in Hochfrequenzger\u00e4ten, insbesondere in Beschleunigern f\u00fcr die Teilchenphysik, die Kernphysik und als Lichtquellen. Supraleiter weisen bei sehr niedrigen Temperaturen einen elektrischen Widerstand von Null auf und erm\u00f6glichen so extrem effiziente RF-Resonatoren mit hohen Qualit\u00e4tsfaktoren. Dies erm\u00f6glicht den Bau von leistungsf\u00e4higeren und energieeffizienteren Teilchenbeschleunigern. <\/p>\n\n\n\n

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Spinpolarisierte Elektronenstrahlen sind ein Schl\u00fcsselelement f\u00fcr Experimente in der Hadronen- und Teilchenphysik, da sie es erm\u00f6glichen, die Spinabh\u00e4ngigkeit der fundamentalen Kr\u00e4fte zu untersuchen. Die Erzeugung, Manipulation und Analyse solcher Strahlen ist das Ziel unserer Gruppe. Die Produktion erfordert die Kontrolle spezieller Halbleiter, so genannter Supergitter, in denen der Drehimpuls von zirkular polarisiertem Laserlicht auf den Spin der Elektronen \u00fcbertragen wird. Solche Elektronen aus dem Halbleiter zu extrahieren und sie zu einem n\u00fctzlichen Strahl zu formen sowie den Spinvektor der Elektronen zu manipulieren, ist eine anspruchsvolle Aufgabe der Beschleunigerstrahldynamik. Um Pr\u00e4zisionsexperimente zu erm\u00f6glichen, ist es schlie\u00dflich notwendig, das Verh\u00e4ltnis zwischen \u201eSpin-up\u201c- und \u201eSpin-down\u201c-Elektronen im Strahl so genau wie m\u00f6glich zu analysieren. Dies wird durch spezifische Elektronenstreuungsreaktionen wie Mott- und M\u00f6ller-Streuung erreicht. Alle hier erw\u00e4hnten Materialien und Methoden unterliegen einer st\u00e4ndigen Optimierung und bieten eine Vielzahl von Themen f\u00fcr Bachelor-, Master- und PhD-Arbeiten. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Hochenergetische Photonen mit Energien bis zu mehreren 10 MeV, sogenannte Gammastrahlen, werden f\u00fcr die Grundlagenforschung in der Kernphysik und der nuklearen Astrophysik verwendet. Sie k\u00f6nnen durch Compton-R\u00fcckstreuung (CBS) niederenergetischer Photonen (einige eV) durch Elektronen mittlerer Energie erzeugt werden. Durch die Verwendung von Elektronenstrahlen mit hoher Helligkeit, die von Energy Recovery Linacs (ERL) \u2013 wie MESA \u2013 bereitgestellt werden, kann die Qualit\u00e4t der erzeugten Gammastrahlen in Bezug auf Bandbreite, Fluss und Wiederholungsrate im Vergleich zu Speicherringen oder Linac-basierten Quellen erheblich verbessert werden. Um jedoch einen hohen Gammastrahlenfluss zu erreichen, muss man die CW-F\u00e4higkeit der ERLs voll aussch\u00f6pfen. Dies ist eine Herausforderung in Bezug auf die Laserrepetitionsrate und die Energier\u00fcckgewinnung im Multiturn-Betrieb. Dementsprechend hat sich die Forschungsgruppe Ziele f\u00fcr die Entwicklung, das Design, die numerische und experimentelle Bewertung von ERL-basierten Gammastrahlenquellen gesetzt. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Die UNILAC-Arbeitsgruppe ist f\u00fcr den Betrieb und die Weiterentwicklung des Schwerionenbeschleunigers UNILAC bei der GSI verantwortlich. In der anf\u00e4nglichen FAIR Phase 0 ist unsere oberste Priorit\u00e4t, einen reibungslosen und zuverl\u00e4ssigen Strahlbetrieb zu gew\u00e4hrleisten. Das Team plant, organisiert und verwaltet die erforderlichen Strahlzeiten und Abschaltzeiten; w\u00e4hrend der Strahlzeit leisten die Mitglieder der Gruppe rund um die Uhr Bereitschaftsdienst. In Vorbereitung auf die geplante Inbetriebnahme und Betriebsphase der FAIR-Beschleunigeranlage m\u00fcssen verschiedene Systemkomponenten ersetzt oder optimiert werden \u2013 eine Arbeit, die ebenfalls von der Gruppe geplant und koordiniert wird. <\/p>\n\n\n\n

Die Arbeitsgruppe ist auch f\u00fcr die Entwicklung des supraleitenden Linearbeschleunigers HELIAC (HElmholtz LInear ACcelerator) verantwortlich. Am GSI Helmholtzzentrum f\u00fcr Schwerionenforschung wird HELIAC Schwerionenstrahlen mit Energien von 3,5 bis 7,6 MeV\/u (A\/Z = 6) liefern. Dank supraleitender Hochfrequenztechnologie (RF) wird er hohe durchschnittliche Strahlstr\u00f6me im Dauerstrichbetrieb (cw) liefern. Die RF-Resonatoren vom Typ Crossbar H-Mode (CH) werden in Zusammenarbeit mit dem Institut f\u00fcr Angewandte Physik (IAP) der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt entwickelt. Ihre grunds\u00e4tzliche Eignung f\u00fcr die Ionenstrahlbeschleunigung wurde in einer fr\u00fcheren Phase des Projekts nachgewiesen. In der aktuellen fortgeschrittenen Demonstrationsphase ist ein erweiterter Strahltest mit dem ersten voll ausgestatteten Serienkryomodul bei GSI geplant. Die erforderliche Infrastruktur wurde in den letzten Jahren aufgebaut: Neben einem strahlungsgesch\u00fctzten Bereich, der mit dem Heliumverfl\u00fcssiger vor Ort bei 4 K verbunden ist, wurden wesentliche Vorbereitungen am Helmholtz-Institut Mainz (HIM) abgeschlossen, wo die supraleitenden Resonatoren einzeln auf ihre Leistungsf\u00e4higkeit getestet wurden und ein ger\u00e4umiger Reinraum der ISO-Klasse 4 in Betrieb genommen wurde, um die hochreine Montage der supraleitenden HF-Strukturen zu erm\u00f6glichen. Diese Arbeit beinhaltet eine enge Zusammenarbeit mit den Fachabteilungen des gesamten GSI-Beschleunigerbereichs sowie mit internen und externen Nutzern, einschlie\u00dflich Partnern an der Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz (JGU) und HIM. <\/p>\n\n\n\n \n\n \n\n

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Bitte beachten Sie:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Prof. Barth ist zurzeit nicht erreichbar und wird durch Dr. Maksym Miski-Oglu (M.MiskiOglu@gsi.de) vertreten. Anfragen zu akademischen Abschlussarbeiten nimmt Prof. Dr. Kurt Aulenbacher (aulenbac@uni-mainz.de<\/a>) entgegen. <\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n<\/jgu-base-accordionitem>\n\n<\/jgu-base-accordion>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div><\/div>\n<\/jgu-base-section>\n\n\n

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