Rozwijanie rozwiązań dotyczących akceleratorów
W ramach finansowanego ze środków UE projektu I.FAST badacze wykorzystali obróbkę przyrostową do wyprodukowania podstawowego komponentu miedzianego przyszłych akceleratorów cząstek. To pierwszy w historii tego rodzaju element opracowany w technologii druku 3D w jednym kawałku. „To dowód na to, że duże miedziane elementy o wysokości wynoszącej blisko 400 milimetrów można wytwarzać z zachowaniem wystarczającej dokładności metodą obróbki przyrostowej przy użyciu naszych maszyn. Oznacza to, że dzięki drukowi 3D możemy produkować części wymagające precyzyjnego wykonania szybciej, taniej i bardziej energooszczędnie”, mówi inżynier Michael Thielmann, pracownik niemieckiej firmy TRUMPF zajmującej się zaawansowanymi technologiami, która wyprodukowała komponent, cytowany w komunikacie prasowym zamieszczonym w serwisie „3D Printing Media Network”. Ukończoną wersję komponentu z czystej miedzi zaprezentowano na międzynarodowych targach druku 3D Formnext, które odbyły się we Frankfurcie w listopadzie 2022 roku.
Tańsza i szybsza produkcja
Komponentem tym jest kwadrupol częstotliwości radiowej (ang. radio frequency quadrupole, RFQ), który – jak podano w komunikacie – jest jedną z najbardziej złożonych części akceleratora. RFQ dostarcza energię do wiązki cząstek, rozpędzając ją do prędkości bliskiej prędkości światła. Do tej pory kwadrupole te były produkowane z wykorzystaniem czasochłonnych i kosztownych metod konwencjonalnych. Najpierw wytwarzano poszczególne części, a następnie montowano je między innymi poprzez frezowanie i lutowanie twarde. Dzięki obróbce przyrostowej komponent wyprodukowano jednoetapowo, z pominięciem tych kroków. „Na całym świecie używanych jest ponad 30 000 akceleratorów, a większość z nich jest wykorzystywana w opiece zdrowotnej i przemyśle. Wytwarzanie przyrostowe może pomóc w zmniejszeniu rozmiarów i kosztów wszystkich typów akceleratorów poprzez usprawnienie produkcji, skrócenie czasu wytwarzania oraz zwiększenie ich wydajności”, mówi cytowany w tym samym komunikacie Maurizio Vretenar z Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN), która pełni rolę koordynatora projektu. Co więcej, wykorzystanie zielonego lasera podczas drukowania 3D umożliwia szybsze i tańsze wytwarzanie elementów miedzianych niż w systemach wykorzystujących technologię podczerwieni, ponieważ miedź lepiej absorbuje wiązkę lasera zielonego niż podczerwonego. „Potrzebujemy mniej energii do pracy w takim tempie jak z wykorzystaniem lasera podczerwonego lub możemy pracować szybciej przy takim samym zużyciu energii”, dodaje Thielmann.
Wyzwanie dla studentów
W ramach realizacji celu, jakim jest zapewnienie Europie czołowej pozycji w dziedzinie badań i technologii związanych z akceleratorami, naukowcy z projektu I.FAST zapraszają studentów kończących studia licencjackie i magisterskie do wzięcia udziału w letnim wyzwaniu 2023, polegającym na opracowaniu nowych, innowacyjnych zastosowań środowiskowych dla akceleratorów cząstek. Przez dziesięć dni, od 25 lipca do 3 sierpnia, studenci różnych kierunków z europejskich uczelni wyższych będą pracować w sześcioosobowych, interdyscyplinarnych zespołach nad znalezieniem sposobów wykorzystania akceleratorów do rozwiązywania współczesnych problemów związanych z ochroną środowiska. Aby wspomóc studentów w wykonywaniu tego zadania, przeprowadzone zostaną zaawansowane seminaria dotyczące akceleratorów cząstek, wyzwań środowiskowych i innowacji. W ostatni dzień zespoły przedstawią swoje prace jury, w którym zasiądą eksperci z CERN. Termin składania wniosków w ramach tej inicjatywy projektu I.FAST (Innovation Fostering in Accelerator Science and Technology) upływa 28 lutego 2023 roku. Więcej informacji: I.FAST strona projektu
Słowa kluczowe
I.FAST, akcelerator cząstek, CERN, obróbka przyrostowa, druk 3D, miedź, komponent, kwadrupol częstotliwości radiowej
