Reinhard Brinkmann - M Bereichsversammlung

Report
DESY
Beschleuniger.
Reinhard Brinkmann -M1. September 2014
Herzlich willkommen zur
Versammlung des M-Bereichs!
Übersicht unserer grossen Aktivitäten
Fertigstellung laufende grosse
Projekte
Konsolidierung des Betriebs
Verstärkte F&E, neue Ideen, Kooperationen
Kein neues Großprojekt bis 2020!
2018
Proposal FLASH CW?
XFE lasing
1st beam
XFEL linac
2019
Proposal PETRA-IV?
2017
distributed ARD
Testfacility?
2016
Aufbau SINBAD
2015
[email protected]
Experimente
PETRA-III user
1st beam
FLASH2 user
XFEL injektor
2014
FLASH1 user
2013
Beteiligung ILC??
ARD Programm in HGF-PoF3 etabliert
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2020
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)
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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!
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PETRA extension Baumassnahmen
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PETRA extension Systeme und Komponenten
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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 komplettUmbaus 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.)
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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
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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 Energieupgrade 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 (HFKontakt) 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
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RF Gun
> Teilerfolg durch konstruktive Änderung (kein Schaden mehr am KupferKörper 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
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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 NutzerExperimente 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)
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FLASH-II Projekt (Leitung: B. Faatz/FS, Koord. bei M: Katja
Honkavaara)
Beamlines FLASH1 und FLASH2
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FLASH2 Inbetriebnahme
FLASH2
FLASH1
800 ms
99 ms
800 ms
Vertikale Separation durch
Kicker – horizontale
Extraktion durch MagnetSeptum (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!
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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, variablegap Undulatoren) in PoF-III Periode (2015-19) mussten verschoben
werden wg. finanziellen Rahmenbedingungen (Mehrkosten bei FLASHII 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
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XFEL (Leitung: Hans Weise)
Photon beamlines
tunnel
Accelerator tunnel
Undulator tunnels
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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
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DESY koordiniert das int. Accelerator Consortium –
und hilft bei Problemen…
100 Module, 800 Cavities, etc…
i r f u
s a c la y
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Sehr erfolgreiche s.c. Cavity Produktion + Test
Fa. Zanon
Fa. RI
Testbetrieb in
AMTF Halle
(IFJ KrakauTeam)
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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
Average usable gradient:
(29.5 ± 5.1) MV/m
EZ: (31.2 ± 4.9) MV/m
RI: (35.2 ± 4.4) MV/m
EZ: (28.3 ± 4.6) MV/m
RI: (31.0 ± 5.3) MV/m
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not blocked.
Modulzusammenbau bei CEA Saclay
> Verspäteter Beginn durch verzögerte Beistellung der
Hochfrequenz-Koppler (Beitrag LAL/Orsay, franz/dt.
Firmenkonsortium) und zu Anfang auch der SerienCavities
Subsequently, the Cold Part assemblies are placed and screwed into the test
care not to touch the ceramics.
 Zuverlässige Lieferung von 8 HF-Kopplern/Woche bleibt
Herausforderung (aber z.Z. nicht das “bottleneck”)
 Probleme mit Qualitäts-konformen Schweissungen bei Ti-Rohren
Weitergabe sowie Vervielfältigung dieser Unterlage, Verwertung und Mitteilung ihres Inhaltes nicht gestattet,
soweit nicht ausdrücklich zugestanden. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte für
den Fall der Patenterteilung oder GM-Eintragung vorbehalten.
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rights are reserved in the event of the grant of a patent or the registration of
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
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Zahlreiche weitere umfangreiche Aktivitäten im Projekt…
Erstes von 100 Modulen in finaler Position L1
20.8.2014
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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
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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)
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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
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Personal Ressourcen
> Personalplanung im M-Bereich nachhaltig gesichert für die Betriebsdominierte Phase ab 2017
500
450
400
FTE M-Beriech
350
300
250
projektfinanziert
200
grundfinanziert
150
100
50
0
unbefristet
befristet
2014
unbefristet
befristet
2017
> Herausforderung ist der Übergang von der Projekt-dominierten in die
Betriebsphase mit sich z.T. ändernden Aufgabenprofilen
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 26
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
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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 [email protected])
 F&E, Ideen und Planungen für neue Projekte
> Kleinere Service-Leistungen/Hilfestellungen im Rahmen unserer
Infrastruktur-Aufgaben müssen möglich sein; Leistungen fuer DESYGruppen 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 28
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
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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)
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ST1: Perspektiven CW-SRF Entwicklung
AC115-AC129
AC112-AC114 and AC151-AC158
4E+10
Qo
3E+10
2E+10
1E+10
0
0
10
20
Eacc, MV/m
30
T=2K
Grobkristall Nb Cavities haben höheren Q-Wert
40
Q0=4.71010 bei 1.8K in XFEL Modul
(XFEL design ist 1010 bei 2K)
SRF gun mit PB-Photokathode
(J. Sekutowicz mit JLAB &
NCBJ)
Plug
Pl
ug
1.6 cells
Pb cathode
plug
Juli 2014: >60MV/m!
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ST3 Perspektiven fs-Technologie und Konzepte
Präzisions Hochfrequenzregelung LLRF
Laufendes Technologie Transfer Projekt
new beam arrival monitor
(coop. TU-Darmstadt)
TDS measurement of
microbunching
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 32
ST4: Perspektiven fü Plasmabeschleunigung
200TW laser
Starke Beteiligung U-HH
Explorativ: Injektion 5MeV REGAE bunch in LPWA
Leitung K. Flöttmann
LUX beam line (A. Maier/UHH), Demonstration von (soft)
X-rays mit LPWA (Ziel: FEL,
aber auch Comptonbackscattering fuer
Medizinische Bildgebung)
“Femtosekunden-Elektronenmikroskop”
Beispiel für ein Diffraktionsbild (MPIGruppe D. Miller)
Ehemals “Grüner Weg”
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ST4: Perspektiven fuer Plasmabeschleunigung
200TW laser
Starke Beteiligung U-HH
Explorativ: Injektion 5MeV REGAE bunch in LPWA
LUX beam line,
Demonstration von (soft) Xrays mit LPWA (Ziel: FEL,
aber auch Comptonbackscattering fuer
Medizinische Bildgebung)
Später: systematische Studien in Richtung “usable
technology – LPWA accelerator unit” bei SINBAD als Teil
der distributed ARD test facility (Koordination: U. Dorda)
Nutzung DORIS Infrastruktur
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 34
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
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 35
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 36
Perspektiven Innovation/Technologietransfer
 DESY´s weltweit einzigartige Analytik für IndustrieAnwendungen öffnen
 DESY Technologie-Transfer verstärken
 Ausgründungen ermutigen
 Abstimmungsgespräche mit Industrie, UHH und
TUHH
DESY-Start-upOffice
Zeit:
ab sofort
Innovationszentrum
Zeit:
ab 2017
Technologiezentrum
Lurup
Zeit:
ab 2019
Kosten:
155 Tsd. € p.a.
Kosten:
9,6 Mio. € (FHH)
Kosten:
noch offen
eingerichtet
DESY-TT
in Planung
Betreiber
Innovationszentrum GmbH
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 37
in Diskussion
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Reinhard Brinkmann | Director Accelerator Division | M-Bereichsversammlung | 1. September 2014 | page 38

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