desy beschleuniger. reinhard brinkmann -m- 1. september 2014 herzlich willkommen zur versammlung des...
TRANSCRIPT
DESYBeschleuniger.
Reinhard Brinkmann -M-
1. September 2014
Herzlich willkommen zur Versammlung des M-Bereichs!
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 2
Übersicht unserer grossen Aktivitäten
2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Fertigstellung laufende grosse Projekte
Konsolidierung des Betriebs
Verstärkte F&E, neue Ideen, Kooperationen
Kein neues Großprojekt bis 2020!
FLA
SH2
user
PETR
A-II
I use
r1s
t bea
m
XFEL
inje
ktor
1st b
eam
XF
EL li
nac
FLA
SH1
user
XFE
lasi
ng Prop
osal
FLA
SH C
W?
Prop
osal
PET
RA
-IV?
Beteiligung ILC??
dist
ribut
ed A
RD
Te
stfa
cilit
y?
LAO
LA@
REG
AE
Expe
rimen
te
ARD Programm in HGF-PoF3 etabliert
Auf
bau
SIN
BA
D
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 3
PETRA-III (Leitung: Rainer Wanzenberg)
> 4 Jahre erfolgreicher Nutzerbetrieb
> Entwurfsparameter erreicht
> Umstellung von Positronen auf Elektronen 2012/13 sehr reibungslos
Vorteile bei Strahldynamik Einfacherer Betrieb & weniger Aktivierung
in LINAC-II
> Betriebszuverlässigkeit knapp 95% schnell erreicht, aber kein nachhaltiger Trend zu weiterer Verbesserung
Ausfallhäufigkeit und Dauer muss bei mehreren Systemen weiter reduziert werden
Nutzer-Erwartung >95% (bei anderen Maschinen demonstriert)
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 4
Ausbau PETRA Beam Lines (Leitung: Wolfgang Drube -FS-, techn. Koordination bei -M-: Michael Bieler)
Beginn der Baumassnahmen wg problematischer Ausschreibungsergebnisse erst Anfang 2014 – jetzt sehr gute Fortschritte!
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 5
PETRA extension Baumassnahmen
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 6
PETRA extension Systeme und Komponenten
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 7
PETRA Perspektiven
> Wieder-Inbetriebnahme Ende 2014/Anfang 2015, Nutzer ab ca. Ende April 2015
> Nutzerbetrieb mit Verfügbarkeit >95% zuverlässig etablieren
> Strahlenbelastung der Undulatoren verringern (zusätzliche Kollimatoren)
> Studien zu Strahloptik-Modifikationen für moderate Verringerung der Strahlemittanz
Limitierung nicht nur Optik in den Bögen sondern auch im neuen Achtel
> Weiterführende Studien zu langfristigen Perspektiven eines komplett-Umbaus mit Ziel extrem kleiner Emittanz (1nm 0.1nm oder kleiner)
Interessante Maschinenstudien in 2013 bei 3 GeV: Emittanz Faktor 6 kleiner Kooperation mit anderen Gruppen (ESRF etc.)
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 8
Vorbeschleuniger (Leitung M. Hüning, H. Ehrlichmann)
> Während PETRA shutdown 2. Injektor-Gun und weitere Erneuerungsarbeiten im Linac-II
> Hocheffizienter Betrieb LINAC-II + DESY-II gut etabliert und wichtig für PETRA top-up
> Teststrahl Nutzung bei DESY-II auch längerfristig weiter nachgefragt
Regulärer Betrieb erst wieder ab PETRA Strahlinbetriebnahme, kein eigenes Betriebsbudget für Teststrahlen
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 9
FLASH (Leitung: Siegfried Schreiber)
> Generell guter Nutzerbetrieb – längere Unterbrechung in 2013 für Anschluss neue FLASH2 Beamline (s.u.)
In 2012 erstmal Nutzerbetrieb bei 4.2nm ermöglicht durch Energie-upgrade 2009/10
Systematische Produktion häufig nachgefragter sehr kurzer (~50fs FWHM) Photonenpulse deutlich verbessert
Häufiger Nutzer-Nachfrage nach langen Strahlpulsen/vielen Bunchen (die Stärke des supraleitenden Beschleunigers!)
> Gute Zuverlässigkeit mit 3% Downtime in 2010 konnte später nicht mehr ganz reproduziert werden
Mehrfach Ausfall der RF Gun: Probleme beim Kathoden-Einsatz (HF-Kontakt) und bei HF-Fenstern im Hohlleiter-System
> PITZ Gruppe (Leitung Frank Stephan) stark eingespannt zur Bereitstellung konditionierter Ersatz-Guns und zur Untersuchung und Lösung der anstehenden Probleme
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 10
RF Gun
> Teilerfolg durch konstruktive Änderung (kein Schaden mehr am Kupfer-Körper der Gun)
> Weitere Verbesserungen (zB Gold- und Rhodium-Beschichtung) zZ im Test
Ergebnisse erst nach längerer Betriebszeit – Problem hat Aspekte eines “Alterungs”-Prozesses
> HF-Fenster/Hohlleiterverteilung Verbesserungen Entwicklung zusammen mit Industrie, Austausch von Erfahrung und Expertise mit
anderen Labors Alternative Anordnung im Test bei PITZ HF-Fenster Teststand
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 11
sFlash: FEL „Seeding“ Experiment
> Federführung Uni HH (Gruppen J. Roßbach und M. Drescher)
> “HHG-Seeded” FEL Strahlung bei 38nm im April 2012 erstmals nachgewiesen
Intensität der Seed-Strahlung und Reproduzierbarkeit der Resultate für Nutzer-Experimente noch nicht ausreichend
Z.Z. Diskussion und Planung weiterer Experimente zur Optimierung der Konzepte für zukünftige seeded FEL Strahlung für Nutzer bei FLASH (insbesondere auch bei FLASH2)
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 12
FLASH-II Projekt (Leitung: B. Faatz/FS, Koord. bei M: Katja Honkavaara)
Beamlines FLASH1 und FLASH2
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 13
FLASH2 Inbetriebnahme
800 ms 800 ms99 ms
FLASH2
FLASH1
Vertikale Separation durch Kicker – horizontale Extraktion durch Magnet-Septum (sog. Lambertson)
Strahl in FLASH2 bis zum Beamdump transportiert SASE-Betrieb in FLASH1 parallel mit Strahlstudien in
FLASH2 Am 20.8.2014 erstes Lasing in FLASH2 – parallel zum
Nutzer-Betrieb in FLASH1!
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 14
FLASH Perspektiven
> Nach erfolgreich abgeschlossener Inbetriebnahme FLASH2 SASE beamline erster Nutzerbetrieb in 2015
> Etablierung eines effizienten parallelen Routinebetriebs beider Beamlines FLASH1&2 mit Flexibilität für unterschiedliche Strahlparameter
Herausforderung für u.a. Diagnostik, Kontrollen und Operating
> Pläne zum Aufrüsten von FLASH (Hochgradienten-Module, variable-gap Undulatoren) in PoF-III Periode (2015-19) mussten verschoben werden wg. finanziellen Rahmenbedingungen (Mehrkosten bei FLASH-II und PETRA-extension Baumassnahmen)
> Möglichkeit für späteres CW-upgrade untersuchen – F&E Arbeiten (s.u. zu ARD)
> 10% der Strahlzeit einer Run-Periode steht für Beschleunigerforschung zur Verfügung
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 15
XFEL (Leitung: Hans Weise)
Accelerator tunnel
Undulator tunnels
Photon beamlines tunnel
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 16
DESY Beiträge zu 30 der XFEL Arbeitspakete
> In-kind Beiträge in Höhe von ca. 400M€
> Nahezu alle M-Gruppen stark involviert, ca. 260 FTE im Projekt
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 17
DESY koordiniert das int. Accelerator Consortium –
i r f u
yalcas
i r f u
yalcas
i r f u
yalcas
und hilft bei Problemen…
100 Module, 800 Cavities, etc…
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 18
Sehr erfolgreiche s.c. Cavity Produktion + Test
Fa. RI Fa. Zanon
Testbetrieb in AMTF Halle (IFJ Krakau-Team)
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 19
Mehr als die Hälfte der Cavities produziert (>400)
> Test Resultate 361 cavities, z.T. nach re-treatment (Hochdruckspüle)
> Erreichte Gradienten klar oberhalb der XFEL Spezifikation
Average maximum gradient:(33.1 ± 4.8) MV/mEZ: (31.2 ± 4.9) MV/mRI: (35.2 ± 4.4) MV/m
Average usable gradient:(29.5 ± 5.1) MV/mEZ: (28.3 ± 4.6) MV/mRI: (31.0 ± 5.3) MV/m
XFEL spec
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 20
Modulzusammenbau bei CEA Saclay
> Verspäteter Beginn durch verzögerte Beistellung der Hochfrequenz-Koppler (Beitrag LAL/Orsay, franz/dt. Firmenkonsortium) und zu Anfang auch der Serien-Cavities
Zuverlässige Lieferung von 8 HF-Kopplern/Woche bleibt Herausforderung (aber z.Z. nicht das “bottleneck”)
Probleme mit Qualitäts-konformen Schweissungen bei Ti-Rohren
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 21
Modulproduktion und Test
> Bisher 3 Vorserien und 9 Serienmodule and DESY ausgeliefert
> Module-Testbetrieb in AMTF auf vollen Touren (Krakau-Team) In dieser Phase noch Nachbesserungen erforderlich – bessere Qualitätskontrolle in
Saclay!
> Enorm hoher Einsatz zahlreicher DESY Mitarbeiter/innen um die Probleme zu lösen und die Herstellung der XFEL Module voranzutreiben!
> Größte Herausforderung im Projekt bleibt auf eine mittlere Lieferrate von 1 Modul/Woche zu kommen – eine Verschiebung des jetzt auf Mitte 2016 festgelegten Fertigstellungstermins für den XFEL Linac ist keine Option
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 22
Zahlreiche weitere umfangreiche Aktivitäten im Projekt…
Erstes von 100 Modulen in finaler Position L120.8.2014
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 23
XFEL Betrieb
> Inbetriebnahme Injektor mit Strahl ab Frühjahr 2015
> Inbetriebnahme Linac mit Strahl ab Q3/2016 – Erreichen des “commissioning goal” mit SASE1 FEL Strahl bis März 2017
> Nach erfolgreicher Inbetriebnahme geht die formelle Betreiberverantwortung auf die XFEL GmbH über
> DESY übernimmt für die GmbH die technische Betriebsführung des Beschleunigers und organisiert den Betrieb eigenständig (inklusive der Umsetzung des Strahlenschutzes)
> Maschinen-Koordinationsteam für Inbetriebnahme und Betrieb des XFEL Beschleunigers wird geleitet von Winfried Decking
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 24
Betriebsorganisation – alle Maschinen
> Generelles Konzept, in dem das technische Personal für den BKR (MBB) aus den technischen M-Gruppen rekrutiert wird bleibt unverändert
Vorteil eines Transfers von technischer Expertise aus den Gruppen in den BKR und aus dem BKR Anforderungen des Betriebs zurück in die Gruppen
> Feste Zuordnung von Operateuren zu den Maschinen (PETRA+Vorbeschleuniger, FLASH, XFEL)
> Maschinen-Koordinatoren ist ein (wiss. und techn.) Kernteam zugeordnet von Personen, die mindestens zu 50% (bis zu 100%) Betriebsaufgaben für die jeweilige Maschine wahrnehmen
> Wartung, Reparaturen, Umbauten, Rufbereitschaften, etc. wie bisher in Matrixstruktur des M-Bereichs für alle Anlagen (gilt zB auch für MKK Schicht)
> Herausforderung kurz und mittelfristig ist die Umsetzung (inkl. zB Ausbildung) in einer Phase hoher Auslastung der Gruppen durch die laufenden Projekte (insbesondere XFEL)
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 25
ILC (Leitung: Nick Walker, enge Zusammenarbeit M - FH)
> Technical Design Report fertig gestellt und publiziert
> Technisch Schwerpunkt auf Hochgradienten-Programm und Synergie mit XFEL, aber auch eindrucksvolle weitere R&D Arbeiten (zB sehr erfolgreicher Final Focus Test bei ATF/KEK)
24 HiGrade cavities zusammen mit XFEL Produktion Detaillierte Untersuchungen der cavity Oberflächen Auch in Asien, USA sehr gute Ergebnisse für (kleinere Anzahl von)
s.c. cavities Performance der XFEL Module wichtiger Input
> Realisierung des ILC liegt jetzt bei Japanischer Regierung: Grundsatzentscheidung in den nächsten Jahren Internationale Beiträge müssen organisiert und finanziert werden
> Im M-Bereich keine expliziten Resourcen für ILC eingeplant, aber viel Input seitens XFEL Bau und Betrieb
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 26
Personal Ressourcen
> Personalplanung im M-Bereich nachhaltig gesichert für die Betriebs-dominierte Phase ab 2017
> Herausforderung ist der Übergang von der Projekt-dominierten in die Betriebsphase mit sich z.T. ändernden Aufgabenprofilen
unbefristet befristet unbefristet befristet0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
projektfinanziertgrundfinanziert
FTE
M-B
erie
ch
2014 2017
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 27
Gruppenleiter Klausuren
> 1,5-tägige Meetings der Bereichsleitung mit Gruppenleitern, Maschinenkoordinatoren und Leitenden Wissenschaftlern regelmäßig zu Jahresbeginn gut etabliert
> Beitrag der Bereichsleitung zu Gesamtsituation und Perspektiven, einzelne von (meist) je 2 Gruppenleitern vorbereitete und moderierte Diskussions-Schwerpunkte, zB:
Personalthemen, Zusammenarbeit, Frauenförderung Kommunikation; Konflikte und Konfliktlösung Beschleunigerbetrieb Beschleunigerforschung
> Aus den Klausuren heraus haben sich auch Aktivitäten wie zB die Gruppenleiterrunde und das technische Seminar entwickelt
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 28
Prioritäten
> Parallel laufende Aktivitäten können zu Konflikten führen – wir haben keine unwichtigen oder zweitrangigen Projekte, müssen aber ggf. Prioritäten setzen, z.Z. wie folgt:
Arbeitssicherheit Laufender Nutzerbetrieb und Basisbetrieb für das Labor XFEL Projekt Projekte FLASH-II und PETRA-Ausbau (im Prinzip in dieser Reihenfolge, ist
inzwischen weitgehend erledigt) Weitere genehmigte Projekte (zB LAOLA@REGAE) F&E, Ideen und Planungen für neue Projekte
> Kleinere Service-Leistungen/Hilfestellungen im Rahmen unserer Infrastruktur-Aufgaben müssen möglich sein; Leistungen fuer DESY-Gruppen haben Vorrang vor Leistungen fuer Dritte
> Keine umfangreicheren Leistungen für Dritte ohne entsprechende Vereinbarungen bzw. Genehmigung gemeinsamer Projekte
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 29
Eigenständige Beschleunigerforschung erfolgreich im Helmholtz-Portfolio etabliert!
> ARD ist Programmthema in der dritten Förderperiode PoF-III
In Struktur des Forschungsbereichs Materie auf gleichem Level wie zB Teilchenforschung oder Photon Science
> Sehr positive Evaluation März 2014
+HI-Mainz,HI-Jena
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 30
ARD Struktur und Leitung
> ARD bei DESY ist bereichsübergreifende Aktivität (FH, FS und M inkl. Zeuthen) mit starker Uni-Beteiligung (insbesondere U-HH)
Gesamtleitung im M-Bereich RB Leitung SRF Science und Technology H. Weise Leitung andere ARD Aktivitäten mit Schwerpunkt Plasmabeschleunigung R.
Aßmann (LW im M-Bereich seit August 2012)
DESY Beteiligung
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 31
ST1: Perspektiven CW-SRF Entwicklung
0 5 10 15 20 25 30 35 400
10000000000
20000000000
30000000000
40000000000
AC115-AC129AC112-AC114 and AC151-AC158
Eacc, MV/m
Qo
Plug
1.6 cells
Plug
Grobkristall Nb Cavities haben höheren Q-Wert Q0=4.71010 bei 1.8K in XFEL Modul (XFEL design ist 1010 bei 2K)
T=2K
SRF gun mit PB-Photokathode (J. Sekutowicz mit JLAB & NCBJ)
Pb cathode plug
Juli 2014: >60MV/m!
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 32
ST3 Perspektiven fs-Technologie und Konzepte
new beam arrival monitor(coop. TU-Darmstadt)
TDS measurement of microbunching
Präzisions Hochfrequenzregelung LLRFLaufendes Technologie Transfer Projekt
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 33
ST4: Perspektiven fü Plasmabeschleunigung
200TW laserExplorativ: Injektion 5MeV REGAE bunch in LPWALeitung K. Flöttmann
Starke Beteiligung U-HH
“Femtosekunden-Elektronenmikroskop”Beispiel für ein Diffraktionsbild (MPI-Gruppe D. Miller)
LUX beam line (A. Maier/U-HH), Demonstration von (soft) X-rays mit LPWA (Ziel: FEL, aber auch Compton-backscattering fuer Medizinische Bildgebung)
Ehemals “Grüner Weg”
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 34
ST4: Perspektiven fuer Plasmabeschleunigung
200TW laser
Explorativ: Injektion 5MeV REGAE bunch in LPWA
Starke Beteiligung U-HH
Später: systematische Studien in Richtung “usable technology – LPWA accelerator unit” bei SINBAD als Teil der distributed ARD test facility (Koordination: U. Dorda)
LUX beam line, Demonstration von (soft) X-rays mit LPWA (Ziel: FEL, aber auch Compton-backscattering fuer Medizinische Bildgebung)
Nutzung DORIS Infrastruktur
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 35
ST4: strahlgetriebene PWA
FLASHforward im FLASH2 Tunnel(Leitung J. Osterhoff/FH)
Externe bunch Injektion möglich (Doppelbunch aus RF gun)Interne “Trojan Horse” Injektion sieht sehr vielversprechend aus
Co-op Helmholtz VI
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 36
Beschleuniger-Ideenmarkt
> Bereichs-übergreifendes Forum zur Diskussion verschiedenster (gern auch “unausgegorener”) Konzepte und Ideen in Beschleuniger-Technik und –Physik
> Am 12. September findet der bereits 6. Ideenmarkt statt!
> Zur Zeit Überlegungen, gemeinsame bereichsübergreifende Projekte und Ideen besonders zu fördern
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 37
Perspektiven Innovation/Technologietransfer
- DESY´s weltweit einzigartige Analytik für Industrie- Anwendungen öffnen- DESY Technologie-Transfer verstärken- Ausgründungen ermutigen- Abstimmungsgespräche mit Industrie, UHH und
TUHH
DESY-Start-up-Office
Innovationszentrum Technologiezentrum Lurup
Betreiber DESY-TT Innovationszentrum GmbH
Zeit: ab sofort
Kosten:155 Tsd. € p.a.
Zeit:ab 2017
Kosten:9,6 Mio. € (FHH)
Zeit:ab 2019
Kosten:noch offen
eingerichtet in Diskussionin Planung