Magnete in extremen Temperaturen

08.11.2019

Magnete in extremen Temperaturen

Auszeichnung für Lorenzo Bortot im Bereich der angewandten Supraleitung

Lorenzo Bortot erhielt auf der diesjährigen Magnet Technology Conference in Vancouver eine IEEE CSC Graduate Study Fellowship in Applied Superconductivity. Er arbeitet gleichzeitig am Fachgebiet Computersimulation elektromagnetischer Felder unseres Fachbereiches sowie am Large Hadron Collider des CERN.

Lorenzo Bortot (rechts) auf der Magnet Technology Conference. Foto: TRIUMF Lab
Lorenzo Bortot (rechts) auf der Magnet Technology Conference. Foto: TRIUMF Lab

Magnete, die über dampfende Platten schweben: Durch intensive Kühlung erreichen Supraleiter einen Zustand, bei dem elektrischer Strom ohne Widerstand fließt. Interessant und notwendig sind Supraleiter gerade für den Large Hadron Collider am CERN, jenem Teilchenbeschleuniger, an dem Herr Bortot mit weltweiten renommierten Wissenschaftlern kooperiert, um kleinste Teilchen zur Kollision zu bringen. Die Teilchen werden auf annähernde Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und kollidieren bis zu einer Milliarde mal pro Sekunde. Damit die Teilchen in ihren Bahnen bleiben, müssen sie von speziellen Magneten geführt werden, deren Spitzenfelder und Energiedichten die Maßstäbe alltäglicher Magnete bei weitem in den Schatten stellen.

Maßstäbe in den Schatten stellen; für CERN scheint dieser Satz wie eine Selbstverständlichkeit. Bekanntermaßen ist der Large Hadron Collider nicht nur der leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger, sondern auch der größte Kühlschrank der Welt. Hier werden mit etwa 10.000 Tonnen Stickstoff die Magnete auf -193°C vorgekühlt, anschließend mithilfe von 60 Tonnen flüssigem Helium auf weitere -271,3°C. Protonen, die durch den Large Hadron Collider (dessen Bahn rund 26 Kilometer lang ist) gejagt werden, können innerhalb einer Sekunde ganze 11.245 Mal durch den Beschleunigerring drehen. Zahlen, die schwindlig machen.

Lorenzo Bortot gehört zu den Hauptverantwortlichen des STEAM-Projektes (Simulation transienter Effekte für Beschleunigermagneten), dessen Ziel darin besteht, die Grundlagen für die Simulation transienter Effekte in supraleitenden Magneten und Schaltkreise auf Lebensdauer des Large Hadron Collider und darüber hinaus neu zu formen. „Das Projekt ist ein großer Erfolg“, so Bortot. „Es hat bedeutende Beiträge in Bezug auf Theorie und Anwendung geleistet. Dies belegen mehrere Artikel mit großem Impact, aber auch die Verfügbarkeit einer ausgereiften Softwareplattform, die heutzutage von vielen Forschern produktiv genutzt wird.“

Doch beschäftigt sich der Nachwuchswissenschaftler auch mit Hochtemperatursupraleitung (kurz HTS). Die Physik hinter HTS ist komplex und weitgehend unerforscht, da die Kosten der Supraleitung bis vor kurzem noch untragbar waren. Kürzlich wurde HTS für Experimente in der Kernfusion vorgeschlagen. Gegenwärtig arbeitet Bortot an einer neuen Generation von hochperformanten, hochauflösenden Computermodellen, die sich für Design und Entwicklung zukünftiger HTS-Anwendungen eignen.

Lorenzo Bortot präsentierte für jenes neue Feld der Supraleitung einige elegante Ideen, „in der Hoffnung, die enorme Kraft von HTS auch bei der Entwicklung zukünftiger Beschleunigermagnete freizusetzen.“ Dass der Wissenschaftler auf dem richtigen Weg ist, bewies seine vor kurzem erhaltene IEEE Fellowship in Applied Superconductivity, die er im Rahmen der 26. International Conference of Magnet Technology in Vancouver entgegennehmen durfte. „Ich habe die große Chance, zwischen zwei Welten zu leben. Tatsächlich ist es meine Mission, die strenge mathematische Perspektive der Computational Electromagnetics Group (CEM) an der TU Darmstadt und die große Expertise des CERN bei Magneten für Beschleuniger zu integrieren.“

Verbindendes Element zwischen TU Darmstadt und CERN ist auch ihr Anspruch auf Exzellenz. Spitzenleistungen in der Arbeit, ausgeprägtes Engagement und strenge Professionalität sind erforderlich, um an der TU Darmstadt wie auch an der Weltmaschine CERN glänzen zu können. Darüber hinaus sind auch soziale Kompetenzen nicht zu vergessen. Bortot: „CERN ist ein wahrhaft multikulturelles Umfeld, in dem Menschen aus der ganzen Welt zusammenkommen und zusammenarbeiten, um die Grenzen unseres Verständnisses des Universums zu erweitern.“

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