- Das Brookhaven National Laboratory hat das Speichersystem für supraleitende Magnete neu gestaltet, was schätzungsweise 420.000 US-Dollar einsparen soll.
- Die neue Halterung kann vier Magnete in begrenztem Raum aufnehmen und erhöht so die Speicherkapazität.
- Die Neugestaltung zielt darauf ab, Tragfähigkeits- und Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, und wurde durch umfangreiche Simulationen überprüft.
- Das Projekt zeigt, wie strukturelle Neugestaltung die Speicherdichte erhöhen und Kosten senken kann.
Das neu gestaltete Speichersystem für supraleitende Magnete des Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums soll schätzungsweise 420.000 US-Dollar (ca. 3.276.000 HK$) einsparen und gleichzeitig die Speicherkapazität für die Ausrüstung künftiger Teilchenbeschleuniger erhöhen. Die vierstöckige Struktur kann in begrenztem Raum Magnete mit einem Gewicht von bis zu 45.000 Pfund aufnehmen. Das Design wurde von Robert Desjardins, einem Maschinenbau-Studenten im vierten Jahr am Rochester Institute of Technology (RIT), während eines 10-wöchigen Sommerpraktikums entwickelt.
Das Design wird Brookhaven dabei helfen, rund 80 Magnete zu lagern, die derzeit aus dem Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) entfernt werden. Diese Geräte sind für die Wiederverwendung im Electron-Ion Collider (EIC) vorgesehen, dessen Inbetriebnahme für Mitte der 2030er Jahre geplant ist. Jeder supraleitende Magnet ist etwa 20 Fuß lang und wiegt mehr als 10.000 Pfund.
Neues Design erhöht Speicherkapazität
Die neue Halterung erhöht die Speicherkapazität von drei auf vier Magnete, ohne zusätzlichen Bodenplatz zu benötigen.
Die ursprüngliche Lagerhalterung stammte aus den 1990er Jahren und konnte nur drei Magnete aufnehmen. Brookhaven benötigte eine höhere Struktur, um zusätzliche Magnete unterzubringen und gleichzeitig Tragfähigkeits- und Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Desjardins nutzte computergestützte Ingenieursmodelle, um die Halterung neu zu gestalten, prüfte bestehende Pläne und arbeitete mit dem Hersteller zusammen, um die vorgeschlagene Struktur zu bewerten. „Die ursprüngliche Halterung wurde in den 1990er Jahren entworfen und konnte damals nur drei Magnete aufnehmen. Sie wollten die Kapazität auf vier erhöhen“, sagte Desjardins. Die Neugestaltung erforderte zudem umfangreiche Simulationen, um strukturelle Festigkeit, Tragfähigkeit und Erdbebensicherheit zu bewerten.
Simulationsprüfungen gewährleisten Sicherheit
Diese Prüfungen sollten feststellen, ob die Halterung schwere Geräte sicher tragen kann, auch unter erdbebenbedingten Kräften. Desjardins arbeitete mit Brookhavens Maschinenbauingenieur Jonathon Greene zusammen, einem RIT-Absolventen, der das Projekt beaufsichtigte. Laut Greene senkte das überarbeitete Design die Kosten, während es die Höhe des Lagersystems erhöhte. Er sagte: „Robert hat die Kosten des ursprünglichen Designs gesenkt, während er die Höhe erhöhte. Dadurch sparen wir schätzungsweise 420.000 US-Dollar (ca. 3.276.000 HK$).“ Berichten zufolge steht der eingesparte Betrag im Zusammenhang mit der Neugestaltung der Lagerhalterung, doch die vorliegenden Informationen erläutern nicht konkret, wie die Ersparnis berechnet wurde, und liefern keine unabhängige Verifizierung dieser Zahl.
Brookhavens RHIC ist seit über 26 Jahren in Betrieb und ermöglicht Wissenschaftlern die Erforschung von Materie unter extremen Bedingungen. Einige der supraleitenden Magnete werden für den neuen Electron-Ion Collider aufbewahrt, anstatt entsorgt zu werden. Die Entwicklung des EIC zielt darauf ab, die innere Struktur von Protonen und Atomkernen zu untersuchen. Der Beschleuniger wird Elektronen mit Ionen kollidieren lassen, damit Forscher das Verhalten von Quarks und Gluonen im Inneren der Materie untersuchen können. Die Beibehaltung der vorhandenen Magnete ist Teil der Vorbereitung des Labors auf den Übergang zwischen den beiden Anlagen. Die neu gestalteten Halterungen werden Stauraum für die Geräte bereitstellen, um ihre Wiederverwendung zu ermöglichen.
Während der Entwicklung präsentierte Desjardins Designaktualisierungen vor Brookhavens Ingenieuren und Wissenschaftlern und beantwortete Fragen zu Materialauswahl, Sicherheitsbewertung und Simulationsergebnissen. Brookhaven dokumentierte auch den Prototyp der vierstöckigen Halterung. Die vorliegenden Materialien bestätigen jedoch nicht, ob alle benötigten Halterungen bereits gefertigt wurden oder ob der vollständige Bestand von rund 80 Magneten bereits in die Lagerung überführt wurde.
Das Projekt zeigt, wie eine relativ einfache strukturelle Neugestaltung die Speicherdichte erhöhen und Infrastrukturkosten senken kann, während sie gleichzeitig den Bau großer wissenschaftlicher Anlagen unterstützt.
Bedeutung struktureller Neugestaltung für die wissenschaftliche Forschung
Die Neugestaltung des Speichersystems für supraleitende Magnete am Brookhaven National Laboratory erhöht nicht nur die Speicherkapazität, sondern zeigt auch das Potenzial, Ressourcen in begrenztem Raum effektiv zu nutzen. Diese technische Innovation ist für den Betrieb künftiger Teilchenbeschleuniger von entscheidender Bedeutung, da sie größere wissenschaftliche Experimente unterstützt, ohne die Kosten zu erhöhen. Auf diese Weise kann das Labor den Übergang zu neuen Anlagen besser vorbereiten und die fortgesetzte Nutzung vorhandener Geräte sicherstellen, was den Fortschritt der wissenschaftlichen Forschung fördert.