Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auch Gottesteilchen brauchen Ersatzteile

19.07.2012
Heraeus liefert wichtige Ersatzteile für größten Teilchenbeschleuniger der Welt in Genf und einen Beitrag zur Entdeckung der Higgs-Teilchen

Das Kernforschungszentrum CERN (Centre Européen du Recherche Nucléaire) in der Schweiz führt physikalische Grundlagenforschung durch. Eine wichtige Anlage dafür ist der größte und schnellste Teilchenbeschleuniger der Welt (LHC, Large Hadron Collider), mit dem die Forscher unter anderem den Urknall simulieren. Jüngst sorgten dort Physiker mit ihren Experimenten für weltweites Aufsehen, da sie Beweise für die sogenannten „Gottesteilchen“ (Higgs-Teilchen) entdeckten.


(1) Joachim-Franz Schmidt, Fertigungsleiter Walzwerk bei Heraeus in Hanau, mit dem Bauteil eines walzplattierten Bandes von Heraeus (rechts) und dem Beschleunigungsrohr für den Large Hadron Collider. Der speziell hergestellte Sonderstahl für die Bänder wurde von Heraeus mit einer hauchdünnen Kupferschicht von nur wenigen Mikrometern Dicke plattiert und gleichzeitig mit einem Sägezahn-Spezialprofil versehen. Die Sägezähne dienen der Reflexion der bei den späteren Experimenten aus der Teilchenkollision freigesetzten Strahlung. (Foto: Heraeus)


(2) Das „LCH Beam Screen“ beinhaltet unter anderem die Profilteile (walzplattierte Bänder mit speziellem Sägezahnprofil) von Heraeus. Diese verwenden die Wissenschaftler im Large Hadron Collider für die Teilchenstrahlführung der nur wenige Zentimeter durchmessenden Beschleunigungsrohre (kleinster Durchmesser 45,4 Millimeter). (Foto: CERN)

In Kollisionsexperimenten konnten die Forscher Spuren dieser Teilchen nachweisen. Higgs-Teilchen sind dafür verantwortlich, dass Materie Masse hat und dass es das Universum überhaupt gibt. Möglich gemacht hat diese bahnbrechende Entdeckung auch Hightech von Heraeus. Schon 2005, beim Bau des LHC, lieferten die Materialspezialisten von Heraeus rund 70 Tonnen speziell walzplattierte Bänder mit Sägezahnprofil. Diese verwendeten die Wissenschaftler für die Teilchenstrahlführung der nur wenige Zentimeter durchmessenden Beschleunigungsrohre (kleinster Durchmesser 45,4 Millimeter) des technisch anspruchsvollen Systems.

Die Entdeckung der „Gottesteilchen“ vor wenigen Tagen wäre aber fast an einem technischen Defekt gescheitert. 2008 sollte der Forschungsbetrieb am LHC starten, doch schon nach wenigen Tagen führte eine Beschädigung des Kühlsystems zu einem längeren Ausfall der hoch komplexen Anlage. Nach der mehrmonatigen Reparatur wurde allen Projektbeteiligten klar, das bei einem erneuten Ausfall die Anlage wohl noch länger still stehen würde – es waren nämlich keine weiteren Ersatzteile vorrätig. Deshalb erhielt Heraeus den Auftrag, gemeinsam mit anderen deutschen, österreichischen und britischen Firmen entsprechende Ersatzteile für die Beschleunigungsröhren zu fertigen.

Lieferzeit beträgt zwei Jahre

„Der gesamte Fertigungsprozess der Beschleunigungsröhren und der Ersatzteile ist sehr zeitintensiv und dauert zirka zwei Jahre. Allein die Herstellung des Sonderstahls bei einem externen Spezialisten benötigte knapp zehn Monate“, erläutert Joachim-Franz Schmidt, Fertigungsleiter Walzwerk bei Heraeus, die Anforderung. Die Produktionsphase bei Heraeus umfasste das Walzplattieren und hochgenaue Einbringen eines Sägezahnprofiles in die Bänder, was weitere vier Monate in Anspruch nahm. Ende 2011 konnte diese Phase abgeschlossen werden. Nun werden die Bänder nach speziellen Verarbeitungsschritten zu Rohren verarbeitet.

„Die Walzplattierung des Bandes ist nur eine der Besonderheiten, die die Fertigung bei Heraeus mit sich brachte“, beschreibt Schmidt. „Auch das Sägezahnprofil ist recht exotisch und lässt sich nicht auf jeder x-beliebigen Maschine herstellen.“ Er erklärt die Besonderheit: „Das Sägezahnprofil wird durch Rollen hergestellt. Zwar wäre es auch möglich, das Profil zu stanzen, aber das dafür benötigte Werkzeug wäre nicht nur sehr komplex im Aufbau, sondern auch sehr teuer. Die stattdessen eingesetzte Rolle hat eine vergleichsweise einfache Struktur, bei der es „nur“ darauf ankommt, das Profil hoch- und toleranzgenau zu schleifen, aber gerade die Fertigung sehr komplexer Strukturen und Formen ist Teil unserer täglichen Arbeit.“

Möglicherweise hat dieses Hightech-Material nun entscheidend dazu beigetragen, dass im LHC die letzten Geheimnisse von der Entstehung des Universums gelüftet wurden. Denn das nun entdeckte, nach dem schottischen Physiker Peter Higgs benannte „Gottesteilchen“, soll die Ursache dafür sein, dass es das Weltall überhaupt gibt.

Hintergrund: LHC – Arbeiten unter Extrembedingungen

Der Large Hadron Collider gilt als größte Maschine, die Menschen je geschaffen haben. Im 100 Meter unter der Erde und 27 Kilometer langen, ringförmig angeordneten LHC werden geladene Teilchen (Protonen und Ionen) durch sehr starke elektrische Felder fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht – mit der zehnfachen Energie bisheriger Anlagen. Dabei entstehen für kurze Momente Teilchen, wie sie auch am Beginn des Urknalls stehen könnten. Die beim Teilchenzerfall freigesetzte Strahlung kann mit hochempfindlichen Detektoren erfasst und ausgewertet werden. Um die Teilchen in den Beschleunigungsröhren in die richtige Spur zu lenken, werden sie im Vakuum bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt von zahllosen supraleitenden Magneten gelenkt.

Die extremen Bedingungen stellen an die Materialien, die zur Herstellung der Röhren eingesetzt werden, besondere Anforderungen. Die walzplattierten Bänder müssen auch bei minus 270 °C – der Betriebstemperatur des LHC - ihre besonderen magnetischen Eigenschaften und mechanische Stabilität beibehalten. Der speziell hergestellte Sonderstahl wurde von Heraeus mit einer hauchdünnen Kupferschicht von nur wenigen Mikrometern Dicke plattiert und gleichzeitig mit Hilfe einer Profilanlage mit einem Sägezahn-Spezialprofil versehen. Die Sägezähne dienen der Reflexion der bei den späteren Experimenten aus der Teilchenkollision freigesetzten Strahlung. Jede Abweichung in der Sägezahngeometrie könnte den Reflexionswinkel verändern und damit zu fehlerhaften Messergebnissen führen.

Der Edelmetall- und Technologiekonzern Heraeus mit Sitz in Hanau ist ein weltweit tätiges Familienunternehmen mit einer über 160-jährigen Tradition. Unsere Kompetenzfelder umfassen die Bereiche Edelmetalle, Materialien und Technologien, Sensoren, Biomaterialien und Medizinprodukte, Dentalprodukte sowie Quarzglas und Speziallichtquellen. Mit einem Produktumsatz von 4,8 Mrd. € und einem Edelmetallhandelsumsatz von 21,3 Mrd. € sowie weltweit über 13.300 Mitarbeitern in mehr als 120 Gesellschaften hat Heraeus eine führende Position auf seinen globalen Absatzmärkten.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an:
Dr. Jörg Wetterau
Konzernkommunikation
Leiter Technologiepresse & Innovation
Heraeus Holding GmbH
Heraeusstr. 12-14
63450 Hanau
T +49 (0) 6181.35-5706
F +49(0) 6181.35-4242
joerg.wetterau@heraeus.com

Dr. Jörg Wetterau | Heraeus Holding GmbH
Weitere Informationen:
http://www.heraeus.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Auxetische Membranen - Paradoxes Ersatzgewebe für die Medizin
04.12.2019 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht TU Ilmenau erforscht intelligente Werkstoffe für biologisch inspirierte Elektronik
04.12.2019 | Technische Universität Ilmenau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Das 136 Millionen Atom-Modell: Wissenschaftler simulieren Photosynthese

Die Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie ist für das Leben unerlässlich. In einer der größten Simulationen eines Biosystems weltweit haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diesen komplexen Prozess an einem Bestandteil eines Bakteriums nachgeahmt – am Computer, Atom um Atom. Die Arbeit, die jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Cell“ veröffentlicht wurde, ist ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis der Photosynthese in einigen biologischen Strukturen. An der internationalen Forschungskooperation unter Leitung der University of Illinois war auch ein Team der Jacobs University Bremen beteiligt.

Das Projekt geht zurück auf eine Initiative des inzwischen verstorbenen, deutsch-US-amerikanischen Physikprofessors Klaus Schulten von der University of...

Im Focus: Developing a digital twin

University of Texas and MIT researchers create virtual UAVs that can predict vehicle health, enable autonomous decision-making

In the not too distant future, we can expect to see our skies filled with unmanned aerial vehicles (UAVs) delivering packages, maybe even people, from location...

Im Focus: Freiformflächen bis zu 80 Prozent schneller schlichten: Neue Werkzeuge und Algorithmen für die Fräsbearbeitung

Beim Schlichtfräsen komplexer Freiformflächen können Kreissegment- oder Tonnenfräswerkzeuge jetzt ihre Vorteile gegenüber herkömmlichen Werkzeugen mit Kugelkopf besser ausspielen: Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen entwickelte im Forschungsprojekt »FlexiMILL« gemeinsam mit vier Industriepartnern passende flexible Bearbeitungsstrategien und implementierte diese in eine CAM-Software. Auf diese Weise lassen sich große frei geformte Oberflächen nun bis zu 80 Prozent schneller bearbeiten.

Ziel im Projekt »FlexiMILL« war es, für die Bearbeitung mit Tonnenfräswerkzeugen nicht nur neue, verbesserte Werkzeuggeometrien zu entwickeln, sondern auch...

Im Focus: Bis zu 30 Prozent mehr Kapazität für Lithium-Ionen-Akkus

Durch Untersuchungen struktureller Veränderungen während der Synthese von Kathodenmaterialen für zukünftige Hochenergie-Lithium-Ionen-Akkus haben Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und kooperierender Einrichtungen neue und wesentliche Erkenntnisse über Degradationsmechanismen gewonnen. Diese könnten zur Entwicklung von Akkus mit deutlich erhöhter Kapazität beitragen, die etwa bei Elektrofahrzeugen eine größere Reichweite möglich machen. Über die Ergebnisse berichtet das Team in der Zeitschrift Nature Communications. (DOI 10.1038/s41467-019-13240-z)

Ein Durchbruch der Elektromobilität wird bislang unter anderem durch ungenügende Reichweiten der Fahrzeuge behindert. Helfen könnten Lithium-Ionen-Akkus mit...

Im Focus: Neue Klimadaten dank kompaktem Alexandritlaser

Höhere Atmosphärenschichten werden für Klimaforscher immer interessanter. Bereiche oberhalb von 40 km sind allerdings nur mit Höhenforschungsraketen direkt zugänglich. Ein LIDAR-System (Light Detection and Ranging) mit einem diodengepumpten Alexandritlaser schafft jetzt neue Möglichkeiten. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Atmosphärenphysik (IAP) und des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT entwickeln ein System, das leicht zu transportieren ist und autark arbeitet. Damit kann in Zukunft ein LIDAR-Netzwerk kontinuierlich und weiträumig Daten aus der Atmosphäre liefern.

Der Klimawandel ist in diesen Tagen ein heißes Thema. Eine wichtige wissenschaftliche Grundlage zum Verständnis der Phänomene sind valide Modelle zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

Intelligente Transportbehälter als Basis für neue Services der Intralogistik

03.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

RNA-Modifikation - Umbau unter Druck

06.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Der Versteppung vorbeugen

06.12.2019 | Geowissenschaften

Verstopfung in Abwehrzellen löst Entzündung aus

06.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics