Hightech für FAIR

Für die einzigartige Teilchenbeschleunigeranlage FAIR werden neueste Technologien und innovativste Messmethoden und -techniken entwickelt. Für die Realisierung der Beschleuniger- und Experimentieranlagen treiben hochkarätige Teams aus der Wissenschaft, dem Ingenieurswesen und weitere Expert*innen in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik.

Supraleitende Magnete und Ultrahochvakuum

Der Ringbeschleuniger SIS100 und viele Experimente benötigen supraleitende Magnete, um die extrem schnellen Teilchen zu lenken. Die Magnetfelder müssen sehr hoch und schnellveränderbar bei gleichzeitig höchster Feldgenauigkeit sein. In großen Teilen der Anlage muss zudem ein Ultrahochvakuum (10¹⁵-fach geringer als der Luftdruck) herrschen, damit höchste Teilchenintensitäten erzeugt werden können. Dafür wird Spezialtechnik entwickelt, wie z.B. Kryo-Kollimatoren mit Spezialbeschichtung.

Kryotechnik

Ultrahochvakuum und Supraleitung kann man nur mithilfe von Kryotechnik erreichen. Mit flüssigem Helium werden die Komponenten auf bis zu -269°C gekühlt.

Kontrollsysteme

Mit dem neuen gemeinsamen Kontrollsystem für die bestehenden GSI- und die zukünftigen FAIR-Beschleuniger werden zehntausende Komponenten gesteuert. Eine Zeittaktung bis in den Nanosekundenbereich ermöglicht es, die Beschleunigeranlagen effizient zu betreiben und die Experimente optimal durchzuführen. Um die Experimentierzeit zu maximieren, werden verschiedene Forschungsprogramme zeitlich parallel laufen können. Der effiziente Parallelbetrieb ermöglicht es sogar, unterschiedliche Ionensorten parallel einzusetzen.

Für die effiziente Speicherung und Auswertung der gewaltigen Datenmengen, die bei Experimenten an FAIR entstehen, wurde das Höchstleitungscomputerzentrum Green IT Cube gebaut. Mit 300.000 Rechenkernen wird eine Recheneffizienz von 5,27 Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde erreicht. Auf 100 Petabyte Speicher finden die enormen Experimentdaten Platz. Dank eines speziellen Kühlsystems ist es besonders energie- und kosteneffizient. Außerdem ist es durch seine kompakte 3D-Bauweise sehr platzsparend und die Signalwege sind schnell. Die Datenrate wird 1 TB/s betragen. Neben der Datenauswertung sind auch Simulationen von FAIR-Experimenten im Green IT Cube geplant.

Materialentwicklungen

Für verschiedenste Bereiche der FAIR-Beschleunigeranlage müssen neue Materialien entwickelt werden. Zum Beispiel braucht man Materialien für Beschleunigerkomponenten, Detektoren und Ausleseelektronik, die für die höheren Teilchenintensitäten geeignet sind. Teilweise werden diese Materialien bei GSI und FAIR entwickelt.