Schwerpunkte

Grundlagenforschung zum Neutronen-Dipol

Die beste begehbare Abschirmkabine der Welt

14. Mai 2021, 11:27 Uhr   |  Markus Haller

Die beste begehbare Abschirmkabine der Welt
© Paul Scherrer Institut | Markus Fischer

Begehbare Abschirmkammer am Paul Scherrer Institut.

Am Paul Scherrer Institut wurde kürzlich eine begehbare Abschirmkabine mit der weltweit höchsten EMV-Dämpfung installiert. Benötigt wird sie für Experimente zum Neutronen-Dipol.

Die starke Abschirmung ist nötig, da das elektrische Dipolmoment des Neutrons (neutron Electric Dipole Moment, nEDM) so klein ist, dass es durch den elektromagnetischen Hintergrund durch Erdmagnetfeld oder allgegenwärtige künstliche EMV-Quellen überlagert wird. Nach heutiger Erkenntnis ist das nEDM kleiner als 1,8 x 10-26 e·cm. Die experimentelle Messung des nEDM zählt zur Grundlagenforschung und soll u.a. Antworten auf die Frage liefern, warum es im sichtbaren Universum nahezu keine Antimaterie gibt.

Die installierte Abschirmkammer besteht aus sieben Schalen. Zur Abschirmung wird Mu-Metall verwendet, einer 80%ige Nickel-Eisen-Legierung. Sie hat von allen kristallinen Werkstoffen mit die höchste Permeabilität und eignet sich damit sehr gut zur magnetischen Abschirmung. Von den 5 x 5 x 4.8 m Außenmaßen werden rund 2 m zur Abschirmung benötigt. Die innere Nutzfläche beträgt ca. 2,9 x 2,9 x 2,9 m. Es gibt drei Türen, die größte misst 2,6 x 2,6 m. Alle Türen haben eine Masse im Tonnenbereich.

25 Tonnen Mu-Metall

Insgesamt wurden ca. 25 t des Mu-Metall-Materials verwendet. konzipiert. Insgesamt wurden 80 Durchführungen mit Durchmessern von 55 - 220 mm platziert. Die Besonderheit ist die hohe Abschirmleistung trotz der Größe. »Wir haben den weltweit besten Abschirmraum dieser Größe aufgebaut«, sagt Bernhard Lauss, Projektleiter des Experiments: »Wir schirmen das statische Magnetfeld von außen um einen Faktor hunderttausend ab, und die Abschirmung steigt bereits bei sehr niedrigen Frequenzen auf über das Milliardenfache an.« Und Klaus Kirch, Leiter des Labors für Teilchenphysik am Paul Scherrer Institut und Professor an der ETH Zürich ergänzt: »Es gibt zwar Anordnungen mit einem noch höheren Abschirmfaktor, diese sind aber deutlich kleiner, zu klein, um unser Experiment durchzuführen. Unter den begehbaren Räumen haben wir mit Abstand das schwächste Magnetfeld, das irgendwo auf der Welt realisiert wurde.«

Im Inneren der Kammer messen die Forscher ein Restmagnetfeld von weniger als 150 Pikotesla (10-12 Tesla). Das Erdmagnetfeld ist mit 30 bis 60 Mikrotesla (10-6 Tesla) um mehrere hunderttausendmal stärker.

Entwickelt und konstruiert wurde die Abschirmkammer von der Firma Vacuumschmelze (VAC) mit Hauptsitz in Hessen. Sie hat sich auf magnetische Werkstoffe spezialisiert und fertigt Komponenten und Komplettlösungen für Anwendungen in der Automobilindustrie, Industrieautomation, erneuerbaren Energien und für Medizin und Forschung. Die Fertigung der Mu-Metalle wird vollständig im eigenen Haus durchgeführt.

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