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DESY Beschleuniger. Reinhard Brinkmann -M- 1. September 2014 Herzlich willkommen zur Versammlung des M-Bereichs!

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Präsentation zum Thema: "DESY Beschleuniger. Reinhard Brinkmann -M- 1. September 2014 Herzlich willkommen zur Versammlung des M-Bereichs!"—  Präsentation transkript:

1 DESY Beschleuniger. Reinhard Brinkmann -M- 1. September 2014 Herzlich willkommen zur Versammlung des M-Bereichs!

2 Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 2 Übersicht unserer grossen Aktivitäten Fertigstellung laufende grosse Projekte Konsolidierung des Betriebs Verstärkte F&E, neue Ideen, Kooperationen Kein neues Großprojekt bis 2020! FLASH2 user PETRA-III user 1st beam XFEL injektor 1st beam XFEL linac FLASH1 user XFE lasing Proposal FLASH CW?Proposal PETRA-IV? Beteiligung ILC?? distributed ARD Testfacility? Experimente ARD Programm in HGF-PoF3 etabliert Aufbau SINBAD

3 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)

4 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!

5 Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 5 PETRA extension Baumassnahmen

6 Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 6 PETRA extension Systeme und Komponenten

7 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.)

8 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

9 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

10 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

11 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)

12 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

13 Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 13 FLASH2 Inbetriebnahme 800  s 99 m s 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 erstes Lasing in FLASH2 – parallel zum Nutzer-Betrieb in FLASH1!

14 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 ( ) 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

15 Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 15 XFEL (Leitung: Hans Weise) Accelerator tunnel Undulator tunnels Photon beamlines tunnel

16 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

17 Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 17 DESY koordiniert das int. Accelerator Consortium – und hilft bei Problemen… 100 Module, 800 Cavities, etc…

18 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)

19 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/m EZ: (31.2 ± 4.9) MV/m RI: (35.2 ± 4.4) MV/m Average usable gradient: (29.5 ± 5.1) MV/m EZ: (28.3 ± 4.6) MV/m RI: (31.0 ± 5.3) MV/m XFEL spec

20 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

21 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

22 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 L

23 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

24 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)

25 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

26 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

27 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

28 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  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

29 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 HI-Mainz, HI-Jena

30 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

31 Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 31 ST1: Perspektiven CW-SRF EntwicklungPlug 1.6 cells Pl ug Grobkristall Nb Cavities haben höheren Q-Wert Q 0 =4.7  bei 1.8K in XFEL Modul (XFEL design ist bei 2K) T=2K SRF gun mit PB-Photokathode (J. Sekutowicz mit JLAB & NCBJ) Pb cathode plug Juli 2014: >60MV/m!

32 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 LLRF Laufendes Technologie Transfer Projekt

33 Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 33 ST4: Perspektiven fü Plasmabeschleunigung 200TW laser Explorativ: Injektion 5MeV REGAE bunch in LPWA Leitung 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”

34 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

35 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

36 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

37 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 InnovationszentrumTechnologiezentrum 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 Diskussion in Planung

38 Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 38 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!


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