Uppsala universitet utvecklar acceleratorteknik för ESS-anläggningen utanför Lund

Anläggningen kommer att bli världens mest kraftfulla pulsade neutronspalla-tionskälla. Universitetet ska utveckla ny acceleratorteknik för ESS och för detta kommer en experimenthall att byggas vid Ångströmlaboratoriet.ESS-anläggningen kommer att bestå av en 450 meter lång supraledande linjär protonaccelerator, ett metalliskt strålmål och ett antal experimentstationer. En stråle av tiotusen billioner (1016) protoner per sekund skall accelereras till en energi som motsvarar ett spänningsfall på 2.5 miljarder volt (2.5 GeV) och riktas mot strålmålet, i vilket atomkärnor därvid splittras (spalleras) av de inkommande protonerna. Detta ger upphov till ett mycket intensivt flöde av neutroner ut från strålmålsområdet. Med hjälp av detta neutronflöde kan olika typer av egenskaper hos materialprover undersökas i experimentstationerna. Sådana undersökningar är av stort intresse inom grundläggande materialforskning och för industriella tillämpningar av denna typ av forskning.

ESS-anläggningen, som beräknas kosta cirka 13 miljarder kr att uppföra, kommer att bli världens mest kraftfulla pulsade neutronspallationskälla, cirka fem gånger kraftfullare än de två anläggningar som för närvarande finns i USA och Japan. Många forskargrupper, bland dem flera vid Uppsala universitet, planerar att utnyttja ESS-anläggningen när denna kommer att stå klar att användas 2019.

Uppsala universitets uppgift i den nuvarande utvecklingsfasen är att utveckla och testa det tekniska system som skall användas för att producera och kontrollera den radiofrekvent elektromagnetisk mikrovågseffekt på cirka 5 megawatt, som behövs i acceleratorn för att generera den högintensiva protonstrålen. För detta ändamål kommer en experimenthall att uppföras vid Ångströmlaboratoriet, i vilken skall monteras en testuppställning med utrustning (en högspänningspulsgenerator och en högeffektmikrovågsförstärkare) för produktion av mycket korta högeffekt-mikrovågspulser. Dessa pulser leds in till en accelerationskavitet, vilket kommer att möjliggöra studier av det elektromagnetiska fält som skall användas för att accelerera protonerna.

Accelerationskaviteten skall vara monterad i en kryostat (ett slags stor termos) och kylas med flytande helium till -270 grader Celsius, vilket kräver att en omfattande heliumkylanläggning nyanskaffas. Målet är att studera hur styrningen av hela denna process bäst sker för att uppnå en accelerator med högsta möjliga effektivitet, stabilitet och precision. Utvecklingsprojektet för ESS-acceleratrorn i Uppsala beräknas kräva 177 Mkr för sitt genomförande och pågå under fyra år. Projektet finansieras med bidrag från utbildningsdepartementet, ESS AB, Wallenbergstiftelsen och Uppsala universitet.

ESS-acceleratorn kommer att bli världens mest högintensiva protonaccelerator. Fler andra intressanta användningar av denna accelerator än att producera spalla-tionsneutroner kan tänkas, till exempel för att producera mycket högintensiva strålar av neutriner (neutrala, nästan masslösa elementarpartiklar) för forskning inom högenergifysiken. Den experimenthall med utrustning som skall uppföras vid Ångströmlaboratoriet och den erfarenhet av högfrekventa accelerationsfält som erhålls i Uppsala från arbete med utvecklingen av ESS-acceleratorn kommer också att kunna användas för andra acceleratorutvecklingsprojekt. Bland dessa är CERN:s elektron-positron-kolliderarutvecklingsprojekt, CLIC, som Uppsalaforskare redan deltar i och den fri-elektron-laser, som planeras för uppförande i Uppsala av forskare vid Stockholms och Uppsala universitet.

- Acceleratorteknologi är ett forskningsområde i stark utveckling som får allt större betydelse inom grundforskningen och även inom industrin och sjukvården. Det är därför mycket roligt att Uppsala universitet fått detta nya utvecklingsuppdrag säger Tord Ekelöf, som tagit initiativet till projektet i Uppsala.

Av Björnen 14 jun 2011 07:38