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Muon-Spektrometer für das CERN-Experiment

Eine neue Generation von Spektrometern für die Forschung eines wegweisenden Instituts.

Das Max-Planck-Institut für Physik (MPP) ist ein wegweisendes Institut, das bereits einen erheblichen Einfluss auf die Welt der Elektronik hatte. Das deutsche Unternehmen widmet sich vollständig der Entwicklung auf dem Gebiet der Elektronik. Das Institut hat mit seiner Drahtpositionsgenauigkeit von 10 Mikrometern einen unübertroffenen Weltrekord aufgestellt.

Das Unternehmen betreibt Grundlagenforschung mit einem Schwerpunkt auf der Elementarteilchenphysik und der Astroteilchenphysik. Im Rahmen des ATLAS-Experiments benötigt das MPP äußerst dünnwandige Aluminiumrohre mit hoher Präzision. Diese Aluminiumrohre, auch als Driftröhren bekannt, bilden den Kern einer neuen Generation von Muon-Detektoren im ATLAS-Experiment des CERN. Die vorherige Generation von Spektrometern war an der Entdeckung des berühmten Higgs-Bosons im Jahr 2012 beteiligt. Peter Higgs erhielt hierfür 2013 den Nobelpreis für Physik.

Ingenieure und Wissenschaftler montieren derzeit acht dieser modernen Detektoren. Deren verbesserte Leistung wird bereits in der kommenden Messphase (3. Lauf von 2022 bis 2023) eine Rolle spielen. Insgesamt sollen in den nächsten drei Jahren 100 dieser Detektoren am MPP und am Fermilab USA in Zusammenarbeit mit Universitäten in den USA gebaut werden. Sie werden während der nächsten längeren Stillstandszeit von 2024 bis 2027 in den ATLAS integriert.

Ongekende precisie in de nieuwe generatie Spectrometers

“Die neuen Driftröhren haben einen Durchmesser von 15 mm, nur die Hälfte der früheren Modelle. Die Signale können nun innerhalb von 200 Nanosekunden ausgelesen werden, viermal schneller als zuvor. Das bedeutet, dass die Driftröhren und ihre Elektronik weniger Zeit der allgegenwärtigen Neutronen- und Gammastrahlung im ATLAS-Detektor ausgesetzt sind – und daher zehnmal schneller auf Muonen reagieren können”, erklärt Dr. Hubert Kroha, Projektleiter MPP.

Ein wesentlicher Beitrag zur hohen räumlichen Auflösung leisten die unglaubliche mechanische Präzision der Muon-Kammern. Während des Kammbaus werden die Positionen der Zählrohre in der Mitte der Driftröhren mit einer Genauigkeit von 5 Mikrometern montiert. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 100 Mikrometer dick.

Masterclass "Präzisionsextrusion"

Während eines Kurses an der Mifa-Akademie haben wir die besonderen Möglichkeiten der Präzisionsextrusion bei MIFA kennengelernt. Dadurch konnten wir in guter Zusammenarbeit mit Mifa ein Rohr mit den richtigen Spezifikationen konstruieren, das den nächsten Schritt für unsere neue Generation von Muon-Spektrometern ermöglichte. Außerdem konnten wir auch die Oberflächenbehandlung bei ihnen durchführen lassen, sodass wir nur einen Ansprechpartner haben.

Mifa veranstaltet diese Kurse für Ingenieure und Konstrukteure, um unser Wissen über die Möglichkeiten der Präzisionsextrusion von Aluminium zu teilen. Inspiration und Wissen stehen im Mittelpunkt der Mifa Meisterklassen. Während des Kurses lernen Sie, die Präzisionsextrusion von Aluminium optimal einzusetzen, um ein besseres Profil und letztendlich ein besseres Endprodukt zu entwickeln. Mit möglicherweise zusätzlichen Vorteilen durch niedrigere Kosten dank effizienter Designs. Sie können kostenlos an einem Online-Kurs teilnehmen.

Mifa levert een ongekende nauwkeurigheid

Bei Mifa geht es um Wissen und Technik. Mit unserem umfangreichen Maschinenpark und unserem Know-how im Bereich Aluminium- und Magnesiumprofile stellen wir die genauesten Profile her. In Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Physik haben wir am Projekt ATLAS Detector CERN Geneva gearbeitet. Ein Projekt, bei dem die Präzisionsextrusion von Mifa mit Maßtoleranzen von ±0,02 mm und sehr dünnen Wandstärken dem Max-Planck-Institut für Physik ungeahnte Möglichkeiten eröffnet.

Das ATLAS-Projekt erfordert für alle Komponenten eine unerreichte Genauigkeit. Aus diesem Grund entschied sich das Max-Planck-Institut für Physik dafür, die Aluminiumprofile bei Mifa herstellen zu lassen. Das Design erfordert eine Wandstärke von 0,4 mm, bei der kaum Abweichungen zulässig sind. Die gängigen Normen für die Extrusion von Aluminiumprofilen erlauben oft Abweichungen von ±0,15 mm. Mifa kann mit einer Genauigkeit von ±0,02 mm extrudieren. Dies war der Grund, warum das Max-Planck-Institut für Physik.

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Oberflächenbehandlungen für besondere Reinheit

Neben der Präzision, die Mifa bietet, gibt es einen weiteren Grund, warum sich das Max-Planck-Institut für Physik für Mifa entschieden hat. Um das Aluminiumprofil zu schützen, wird das Produkt einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Die Oberflächenbehandlung ist eine chemische Bearbeitung der Metalloberfläche. Die auf das Profil aufgetragene Schicht namens Surtec sorgt unter anderem dafür, dass das Profil vor Korrosion geschützt wird.

Bei Mifa haben wir nicht nur Kenntnisse in der Bearbeitung, Präzisionsextrusion und Montage. Dank der vollautomatisierten großen und kleinen Produktionslinien von Mifa Surface Treatment sind wir in der Lage, den gesamten Prozess der Oberflächenbehandlung in Eigenregie durchzuführen. Dies spart letztendlich Zeit und Kosten im Gesamtprozess.

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Spezielle Verpackung

In Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Physik hat Mifa eine spezielle Verpackung entwickelt, um die High-Tech-Profile während des Transports zu schützen. Dank maßgeschneiderter Verpackungen bleiben alle Produkte perfekt an ihrem Platz.

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