Verbund: ErUM-FSP T05 "Aufbau von APPA bei FAIR" - Anpassung eines Arrays von metallischen magnetischen Kalorimetern für den Einsatz am CRYRING-Elektronentarget

Abstract

Mikrokalorimeter zur hochaufgelösten Detektion von Röntgenstrahlung sind fester Bestandteil der Instrumentierung an den Speicherringen ESR und CRYRING. Im Rahmen der Verbundforschung FSP APPA wurde an der Technischen Hochschule Mittelhessen ein Detektorarray aus metallischen magnetischen Kalorimetern (MMCs) für den Einsatz am transversalen Elektronentarget des CRYRING aufgebaut. Hierzu war es notwendig, einen 3He/4He-Entmischungskryostaten mit einer Basistemperatur von 10 mK für den Betrieb solcher magnetischer Kalorimeter umzurüsten. Diese Umrüstung umfasste zunächst vor allem mechanische Aufbauten. Da magnetische Kalorimeter sehr empfindlich sind auf äußere Magnetfelder, war es notwendig, Schilde zur Abschirmung solcher äußeren Magnetfelder einzubauen. Die Kalorimeter werden mit Superconducting Interference Devices (SQUIDs) ausgelesen. Dafür musste entsprechende Auslese-Elektronik angeschafft werden. Das Array und die SQUIDs wurden im Rahmen des Forschungsverbunds von der Arbeitsgruppe A. Fleischmann und C. Enss an der Karl-Rupprechts-Universität Heidelberg zur Verfügung gestellt. Erste Tests vor allem unter dem Aspekt starker Magnetfelder waren geplant mit einer Main Magnetic Focus Ion Trap (MaMFIT), die von der AG Schippers der Justus-Liebig-Universität zur Verfügung gestellt wurde. Danach war ein erster Testeinsatz am transversalen Elektronentarget am CRYRING geplant. Aufgrund der COVID-Pandemie sowie der durch die weltpolitische Lage verursachten Lieferengpässe, die vor allem Elektronik und Sondermetalle betrafen, wurde das Projekt sehr stark verzögert, sodass nur Teile des Arbeitsprogramms realisiert werden konnten. Die neuen Schilde, die auch Magnetfelder abschirmen, wurden konzipiert und realisiert. Der Innenaufbau des Kryostaten wurde an die MMCs angepasst und getestet. Kabel und Kabelboxen wurden ebenso beschafft wie die Auslese-Elektronik für die SQUIDs. Insbesondere die Produktion der Kabel verzögerte sich allerdings erheblich; die Kabel standen erst nach 24 Monaten zur Verfügung. Danach wurde ein MMC-Array eingebaut und erste Tests wurden begonnen, die noch andauern. Weitere Optimierungen vor allem der thermischen Ankopplung des Arrays und der Kabel werden durchgeführt. Nach dem Transport der MaMFIT wurde festgestellt, dass diese in der vorliegenden Form nicht mit dem Kryostaten kombiniert werden kann. Die Konstruktion eines neuen Vakuumaufbaus wurde in Angriff genommen und befindet sich jetzt (Stand 03/2025) in der Realisierungsphase.