Auf der Suche nach Antworten zu den Herausforderungen unserer Zeit - Besuch im HZDR Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf
Führung durch das Hochfeld-Magnetlabor des HZDR
Der AK Rapid Innovation unter der Leitung von Dipl.-Ing. Thomas Warnatsch besuchte am 13. Mai das Hochfeld-Magnetlabor Dresden (HLD) am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). 35 Interessenten waren der Einladung gefolgt.
Das HZDR beschäftigt sich mit anwendungsbezogener Grundlagenforschung in den Bereichen Materie, Gesundheit und Energie, gemeinsam mit Kooperationspartnern aus Wissenschaft und Wirtschaft. Es ist weltweit führend auf dem Gebiet der anwendungsbezogenen Forschung extrem hoher Magnetfelder.
Nach der Eröffnung durch Thomas Warnatsch gab Dr. Thomas Herrmannsdörfer, Leiter der Abteilung „Stark Korrelierte Elektronensysteme“, einen kurzen Einblick in die Welt des Magnetismus sowie in Forschungs- und Anwendungsbereiche auf diesem Gebiet.
Das Magnetfeld der Erde hat in unseren Breiten eine durchschnittliche Stärke von ca. 45 µT. Bei einem MRT in der Medizintechnik wird eine Magnetfeldstärke von ca. 1 Tesla angewendet. Bereits bei dieser Größenordnung sind hohe technische Anforderungen an die Anlage erforderlich: Kühlung der Spulen mit Helium, Sicherung des hohen Energieverbrauches, Abschirmung u.v.m.
Für noch höhere Leistungsbereiche wird das eingesetzte, stromleitende Material (insbes. der Kupferdraht der Spulen, Einfassungen der Spulen uvm.) und die gesamte Magnetanlage derartig hoch thermisch und mechanisch beansprucht, dass andere technische Ausstattungen der Anlagen erforderlich werden, um ein Zerbersten der gesamten Magnetfeld-Anlage zu vermeiden: u.a. geeignete Kühlungsverfahren der Spulen, Verbesserung der Reißfestigkeit der Spulenwicklungen durch Auftragen von Zylon, der Einsatz einer sog. Pulstechnologie mit kurzen Magnetfeldimpulsen einschließlich der dafür notwendigen Strombereitstellung.
Um hohe Magnetfelder über möglichst lang andauernde Pulszeiten zu erzeugen, wird eine elektromagnetische Energie von 50 MJ und ein Spitzenstrom von 100 kA benötigt. Die modernste und effizienteste Methode, diese Energie zu speichern und schnell in die Magnetfeldspule zu übertragen, ist die Verwendung einer Pulsentladungs-Kondensatorbank. Sie lässt sich mit kleinem Strom auf- und dann mit großem Strom vollständig entladen.
Dabei wird in Kondensatoren gespeicherte elektrische Energie mit einem sehr kurzen Impuls über Transformatoren in eine stabile Spule geleitet. In der Spule und damit in der zu untersuchenden Probe werden kurzzeitig hohe Magnetfelder erzeugt. Unter diesen Bedingungen können z.B. ein metallischer Hohlkörper verformt oder bestimmte Materialeigenschaften, wie entstehende Supraleitung, untersucht werden. Damit ist es möglich, neue Erkenntnisse zu den Veränderungen von Materialeigenschaften besser verstehen und ggf. dann auch zu nutzen.
Neben diesen grundsätzlichen Forschungsaufgaben stellt das HZDR seine Anlagenkomponenten auch anderen Forschungseinrichtungen und der Industrie zur Verfügung.
Der sich anschließende Rundgang in 2 Gruppen durch die Laboranlagen machte die weltweit führende Stellung des HZDR auf diesem Gebiet deutlich. Allein die Kondensatorbank ist die weltweit größte Anlage. Ein weiterer großer Vorteil ist die unmittelbare Nachbarschaft der „ELBE“-Quelle, einen supraleitenden Elektronen-Linearbeschleuniger, der bei Bedarf den Versuchen mit zur Verfügung steht.
Die derzeit wichtigsten Anwendungsfelder der Hochfeld-Magnetanlagen liegen in der Gewinnung neuer Erkenntnisse der Materialwissenschaften, der Medizin, der Energietechnik, der Entwicklung effektiver technischer Kühlsysteme u.a.
Wir danken Herrn Dr. Thomas Herrmannsdörfer und Herrn Dr. Tino Gottschall sowie Frau Camille Toggenburger für diese überaus beeindruckende Führung!