DESY Beschleuniger. Reinhard Brinkmann -M- 1. September 2014

Präsentation zum Thema: "DESY Beschleuniger. Reinhard Brinkmann -M- 1. September 2014"—  Präsentation transkript:

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

2 Übersicht unserer grossen Aktivitäten
Fertigstellung laufende grosse Projekte Konsolidierung des Betriebs Verstärkte F&E, neue Ideen, Kooperationen Kein neues Großprojekt bis 2020! 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 distributed ARD Testfacility? ARD Programm in HGF-PoF3 etabliert Aufbau SINBAD FLASH1 user PETRA-III user FLASH2 user Proposal FLASH CW? Proposal PETRA-IV? 1st beam XFEL linac XFE lasing 1st beam XFEL injektor Beteiligung ILC??

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 Ausbau PETRA Beam Lines (Leitung: Wolfgang Drube -FS-, techn
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 PETRA extension Baumassnahmen

6 PETRA extension Systeme und Komponenten

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 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 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 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 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 FLASH-II Projekt (Leitung: B. Faatz/FS, Koord. bei M: Katja Honkavaara)
Beamlines FLASH1 und FLASH2

13 FLASH2 Inbetriebnahme 800 ms 99 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 erstes Lasing in FLASH2 – parallel zum Nutzer-Betrieb in FLASH1!

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 XFEL (Leitung: Hans Weise)
Accelerator tunnel Undulator tunnels Photon beamlines tunnel

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 DESY koordiniert das int. Accelerator Consortium –
und hilft bei Problemen… 100 Module, 800 Cavities, etc…

18 Sehr erfolgreiche s.c. Cavity Produktion + Test
Fa. Zanon Fa. RI Testbetrieb in AMTF Halle (IFJ Krakau-Team)

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 XFEL spec 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

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 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 Zahlreiche weitere umfangreiche Aktivitäten im Projekt…
Erstes von 100 Modulen in finaler Position L1

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 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 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 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 2014 2017

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 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 Eigenständige Beschleunigerforschung erfolgreich im Helmholtz-Portfolio etabliert!
+HI-Mainz, HI-Jena 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

30 ARD Struktur und Leitung
DESY Beteiligung 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)

31 ST1: Perspektiven CW-SRF Entwicklung
T=2K Q0=4.71010 bei 1.8K in XFEL Modul (XFEL design ist 1010 bei 2K) Grobkristall Nb Cavities haben höheren Q-Wert SRF gun mit PB-Photokathode (J. Sekutowicz mit JLAB & NCBJ) Plug Plug 1.6 cells Juli 2014: >60MV/m! Pb cathode plug

32 ST3 Perspektiven fs-Technologie und Konzepte
Präzisions Hochfrequenzregelung LLRF Laufendes Technologie Transfer Projekt TDS measurement of microbunching new beam arrival monitor (coop. TU-Darmstadt)

33 ST4: Perspektiven fü Plasmabeschleunigung
Starke Beteiligung U-HH 200TW laser Explorativ: Injektion 5MeV REGAE bunch in LPWA Leitung K. Flöttmann “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 ST4: Perspektiven fuer Plasmabeschleunigung
Starke Beteiligung U-HH 200TW laser Explorativ: Injektion 5MeV REGAE bunch in LPWA 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 ST4: strahlgetriebene PWA
FLASHforward im FLASH2 Tunnel (Leitung J. Osterhoff/FH) Co-op Helmholtz VI Externe bunch Injektion möglich (Doppelbunch aus RF gun) Interne “Trojan Horse” Injektion sieht sehr vielversprechend aus

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 DESY-Start-up-Office Technologiezentrum Lurup
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 Zeit: ab sofort Kosten: 155 Tsd. € p.a. Zeit: ab 2017 Kosten: 9,6 Mio. € (FHH) Zeit: ab 2019 Kosten: noch offen in Planung Betreiber DESY-TT Innovationszentrum GmbH eingerichtet in Diskussion

38 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!