Materialien des Teilchenbeschleunigers von CERN werden mit Prüfmaschinen von ZwickRoell charakterisiert

CERN, die Europäische Organisation für Kernforschung (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), ist eines der größten und renommiertesten Zentren für physikalische Grundlagenforschung der Welt. Mit dem Large Hadron Collider (LHC), dem ringförmigen Teilchenbeschleuniger mit einem Umfang von 27 km erforschen Physiker und Physikerinnen in 100 m Tiefe im Grenzgebiet der Schweiz und Frankreichs nahe Genf die Bausteine des Universums und ihre Wechselwirkungen.
AllroundLine Standprüfmaschine (links) und Tischprüfmaschine (rechts) im Prüflabor von CERN

Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen für Hochenergie-Beschleuniger

Die Beschleunigung hochenergetischer Teilchenstrahlen bis nahe zur Lichtgeschwindigkeit und deren Kollision gehen mit technischen Herausforderungen einher, die sich aus den rauen Bedingungen innerhalb des Teilchenbeschleunigers ergeben. Die im LHC verwendeten Komponenten, wie z.B. supraleitende Magnete, die dazu verwendet werden die Strahlen zu leiten, sind sowohl kryogenen Temperaturen als auch hoher ionisierender Strahlung, hohen Magnetfeldern und ultrahohem Vakuum ausgesetzt. Daher müssen die Komponenten, die unter solch extremen Bedingungen arbeiten, einer gründlichen mechanischen Prüfung unterzogen werden.

Aktuell wird der LHC zu einem High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) für noch höhere Strahlenenergien aufgerüstet. Bei diesen Energien ist der verbesserte Schutz der Maschine und die genaue Inspektion zahlreicher Maschinenkomponenten erforderlich, wie z.B. Kollimatoren, die aus neuartigen Materialien wie Molybdängraphit- und Kupferdiamant-Verbundwerkstoffen hergestellt werden. Diese Materialien, deren Eigenschaften unbekannt waren, bis sie am CERN thermomechanischen Tests unterzogen wurden, zeigen, dass sie extremen plötzlichen Energieabscheidungen standhalten - vergleichbar mit der kinetischen Energie eines Zuges bei einer Geschwindigkeit von 150 km/h und einem damit verbundenen Temperaturanstieg von mehr als 1.000°C und zerstörerischen Stoßwellen.


Zugversuch bei 1.200°C an einer Graphitprobe

Validierung von Finite-Elemente-Analysen und Implementierung neuer Materialen

CERN verfügt über ein mechanisches Prüflabor (EN-MME), in dem unter anderem ZwickRoell Prüfmaschinen zum Einsatz kommen, um mit mechanischen Messungen Finite-Elemente-Analysen (FEA) zu validieren und Sicherheitsinspektionen durchzuführen. Mit der ZwickRoell Universalprüfmaschine, der AllroundLine Z100 TEW, werden im täglichen Einsatz die mechanischen Prüfungen von Materialien unter quasistatischen Bedingungen durchgeführt.

Bei Inbetriebnahmekampagnen für Keramik, Verbundwerkstoffe, Polymere und Metalllegierungen unterstützt das EN-MME mit der Durchführung von Zug-, Druck- und Biegeprüfungen in Raum- und Hochtemperatur bis 1.200°C. Dabei kommt für die Dehnungs-, Stauchungs-, und Biegemessung ein laserXtens 2-120 HP/TZ zum Einsatz, der sowohl für Raumtemperatur- als auch für Hochtemperaturprüfungen geeignet ist.


Optische Messung mit LaserXtens 2-120 HP/TZ

Vielseitig, zuverlässig und offen für die Integration ergänzender Geräte

Mit der Integration ergänzender Geräte machen sich Maschinenbauingenieure aus verschiedenen CERN-Mitgliedsstaaten die Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit der ZwickRoell Testsysteme zunutze. Die Möglichkeit wechselnde Prüfaufgaben zu erfüllen und gleichzeitig Prüfnormen wie z.B. ISO 6892, ASTM E111, ASTM C1211, ASTM C695 einzuhalten, waren bei der Auswahl der Prüfmaschine ebenso entscheidend wie die gute mechanische Qualität und die Austauschbarkeit von externen Sensoren, Zubehör und Programmen.

Erfahren Sie mehr und besuchen Sie das EN-MME von CERN über diesen virtuellen 360° Rundgang:

https://my.matterport.com/show/?m=oYpeY1TsT4w


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