Neue supraleitende Technologien für das HL

Die Entwicklung von Magnesiumdiborid-Kabeln und anderen fortschrittlichen supraleitenden Systemen für den High-Luminosity LHC am CERN treibt auch Anwendungen über die Grundlagenforschung hinaus voran, beschreibt Amalia Ballarino.

Die Ära der Hochtemperatursupraleitung begann 1986 mit der Entdeckung der Supraleitung in einem Lanthan-Barium-Kupferoxid durch die IBM-Forscher Georg Bednorz und Alex Muller. Diese Entdeckung war revolutionär: Die neue, spröde supraleitende Verbindung gehörte nicht nur zur Familie der keramischen Oxide, die im Allgemeinen Isolatoren sind, sondern hatte auch die höchste jemals gemessene kritische Temperatur (bis zu 35 K, verglichen mit etwa 18 K bei herkömmlichen Supraleitern). ). In den folgenden Jahren entdeckten Wissenschaftler weitere Cuprat-Supraleiter (Wismut-Strontium-Kupferoxid und Yttrium-Barium-Kupferoxid) und erreichten Supraleitung bei Temperaturen über 77 K, dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff (siehe Abbildung „Wärme steigt“). Die Möglichkeit, supraleitende Systeme mit kostengünstigem, reichlich vorhandenem und inertem flüssigem Stickstoff zu betreiben, löste in der supraleitenden Gemeinschaft große Begeisterung aus.

Es wurden mehrere Anwendungen von Hochtemperatur-Supraleitermaterialien mit potenziell großen Auswirkungen auf die Gesellschaft untersucht. Unter ihnen wurden supraleitende Übertragungsleitungen als innovative und effektive Lösung für die Massenstromübertragung identifiziert. Die einzigartigen Vorteile der supraleitenden Übertragung sind hohe Kapazität, sehr kompaktes Volumen und geringe Verluste. Dies ermöglicht die nachhaltige Übertragung von bis zu mehreren zehn GW Leistung bei Nieder- und Mittelspannung in engen Kanälen sowie Energieeinsparungen. In Zusammenarbeit mit der Industrie und Versorgungsunternehmen wurden weltweit Demonstratoren gebaut, von denen einige erfolgreich in nationalen Stromnetzen eingesetzt wurden. Allerdings wurde die weitverbreitete Einführung der Technologie durch die Kosten der Kuprat-Supraleiter behindert.

In der Teilchenphysik ermöglichen supraleitende Magnete die Zirkulation hochenergetischer Strahlen in Kollidern und stellen stärkere Felder bereit, damit Detektoren höhere Kollisionsenergien bewältigen können. Der LHC ist die größte supraleitende Maschine, die jemals gebaut wurde, und die erste, die auch Hochtemperatur-Supraleiter im großen Maßstab einsetzt. Die Realisierung seiner Aufrüstung mit hoher Leuchtkraft und möglicher zukünftiger Kollider treibt den Einsatz supraleitender Materialien der nächsten Generation voran, deren Anwendungen weit über die Grundlagenforschung hinausgehen.

Die Hochtemperatursupraleitung (HTS) wurde zu der Zeit entdeckt, als die Konzeptstudie für den LHC im Gange war. Während sich die neuen Materialien noch in der Entwicklungsphase befanden, erkannte man sofort das Potenzial von HTS für den Einsatz in der elektrischen Übertragung. Die Stromversorgung der LHC-Magnete (die auf dem konventionellen Supraleiter Niobium-Titan basieren und durch superflüssiges Helium gekühlt werden) erfordert die Übertragung von etwa 3,4 MA Strom, der bei Raumtemperatur erzeugt wird, in die kryogene Umgebung hinein und aus dieser heraus. Dies geschieht über Geräte, sogenannte Stromleitungen, von denen mehr als 3000 Einheiten an verschiedenen unterirdischen Standorten rund um den LHC installiert sind. Das herkömmliche Stromleiterdesign, das auf dampfgekühlten metallischen Leitern basiert, setzt eine untere Grenze (etwa 1,1 W/kA) für den Wärmeeintrag in das flüssige Helium. Der Einsatz des HTS-Bandes BSCCO 2223 (Wismut-Strontium-Kalzium-Kupferoxid-Keramik) – betrieben in den LHC-Stromleitungen im Temperaturbereich von 4,5 bis 50 K – ermöglichte die Entflechtung von Wärmeleitung und ohmscher Verlustleistung. Erfolgreiche multidisziplinäre Forschung und Entwicklung, gefolgt von der Prototypenerstellung am CERN und der anschließenden Industrialisierung mit der Serienproduktion der etwa 1100 LHC-HTS-Stromleitungen ab 2004, führten zu Kapital- und Betriebseinsparungen (Vermeidung einer zusätzlichen Kryoanlage und einer Wirtschaftlichkeit von etwa 5000 l/h). von flüssigem Helium). Es förderte auch eine breitere Einführung der BSCCO 2223-Stromleitertechnologie, beispielsweise in den Magnetkreisen für den ITER-Tokamak, die von einer Kooperationsvereinbarung mit CERN über die Entwicklung und das Design von HTS-Stromleitern profitieren.

Die Entdeckung der Supraleitung in Magnesiumdiborid (MgB2) im Jahr 2001 löste neue Begeisterung für HTS-Anwendungen aus. Dieses als Mitteltemperatur-Supraleiter klassifizierte Material weist bemerkenswerte Eigenschaften auf: Es hat eine kritische Temperatur (39 K), die etwa 30 K höher ist als die von Niob-Titan, eine hohe Stromdichte (bisher in niedrigen und mittleren Magnetfeldern) und, was entscheidend ist , kann es industriell als runder Multifilamentdraht in großen Längen (km) hergestellt werden. Diese Eigenschaften sowie die grundsätzlich geringeren Kosten als bei anderen verfügbaren HTS-Materialien machen es zu einem vielversprechenden Kandidaten für elektrische Anwendungen.

Beim LHC befinden sich die Stromleitungen in den acht geraden Abschnitten. Für die Aufrüstung des LHC (HL-LHC) mit hoher Leuchtkraft, die 2029 in Betrieb gehen soll, wurde beschlossen, die Stromrichter in neuen, strahlungsfreien unterirdischen technischen Stollen über dem LHC-Tunnel zu platzieren. Der Abstand zwischen den Stromwandlern und den HL-LHC-Magneten beträgt etwa 100 m und umfasst einen vertikalen Weg über einen 8 m langen Schacht, der die technischen Galerien und den LHC-Tunnel verbindet. Der große Strom, der über eine solche Entfernung übertragen werden muss, die Notwendigkeit einer Kompaktheit und die Suche nach Energieeffizienz und Einsparpotenzialen führten zur Wahl der HTS-Übertragung als Basistechnologie.

Die elektrische Verbindung zwischen den HL-LHC-Stromleitungen und den Magneten erfolgt bei kryogener Temperatur über supraleitende Verbindungen auf Basis der MgB2-Technologie. MgB2-Drähte werden in Kabeln mit unterschiedlichen Anordnungen konfektioniert, um Ströme im Bereich von 0,6 kA bis 18 kA zu übertragen. Die einzelnen Kabel werden dann in einer kompakten Baugruppe angeordnet, die das endgültige Kabel darstellt, das die Magnetkreise entweder der inneren Tripletts des HL-LHC versorgt (eine Reihe von Quadrupolmagneten, die für die endgültige Fokussierung der Protonenstrahlen vor der Kollision in ATLAS und CMS sorgen) oder die HL-LHC-Anpassungsabschnitte (die die Optik in den Bögen an die am Eingang der Quadrupole mit Endfokus anpassen) und das Endkabel sind in einem flexiblen Kryostat mit einem Außendurchmesser von bis zu 220 mm integriert. Die acht supraleitenden HL-LHC-Verbindungen sind etwa 100 m lang und übertragen Ströme von etwa 120 kA für die Tripletts und 50 kA für die passenden Abschnitte bei Temperaturen bis zu 25 K, wobei die kryogene Kühlung mit Heliumgas erfolgt.

Das Forschungs- und Entwicklungsprogramm für die supraleitenden HL-LHC-Verbindungen begann etwa im Jahr 2010 mit der Evaluierung des MgB2-Leiters und der Entwicklung eines Runddrahts mit mechanischen Eigenschaften, der eine Verkabelung nach der Reaktion ermöglicht, gemeinsam mit der Industrie. Brüchige Supraleiter wie Nb3Sn – das in den HL-LHC-Quadrupolen verwendet wird und auch für zukünftige Hochfeldmagnete untersucht wird – müssen nach dem Zusammenbau in der endgültigen Konfiguration durch Wärmebehandlungen bei hohen Temperaturen in die supraleitende Phase überführt werden. Mit anderen Worten: Diese Leiter sind erst dann supraleitend, wenn die Verkabelung und das Wickeln durchgeführt wurden. Als das F&E-Programm initiiert wurde, gab es industrielle MgB2-Leiter in Form von Multifilamentbändern, die von ASG Supraconductors erfolgreich in industriellen offenen MRT-Systemen zum Transport von Strömen von einigen hundert Ampere eingesetzt wurden. Die Anforderung, dass der HL-LHC in einer kompakten Konfiguration Strom für insgesamt bis zu 120 kA an mehrere Stromkreise übertragen kann, wobei mehrere Verdrillungs- und Transpositionsschritte erforderlich sind, um eine gleichmäßige Stromverteilung sowohl in den Drähten als auch in den Kabeln zu gewährleisten, erforderte die Entwicklung von ein optimierter multifilamentärer Runddraht.

Diese in Zusammenarbeit mit ASG Supraconductors durchgeführte Entwicklung führte zur Einführung dünner Niobbarrieren um die supraleitenden MgB2-Filamente herum, um MgB2 vom umgebenden Nickel zu trennen und die Bildung spröder MgB2-Ni-Reaktionsschichten zu verhindern, die die elektromechanische Leistung beeinträchtigen. die Einführung von hochreinem Borpulver zur Erhöhung der Stromkapazität; die Optimierung des Anteils von Monel (einer Nickel-Kupfer-Legierung, die als Hauptbestandteil des Drahtes verwendet wird) im Draht mit 1 mm Durchmesser, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern; die Minimierung der Filamentgröße (ca. 55 µm) und der Verdrillungssteigung (ca. 100 mm) zugunsten der elektromechanischen Eigenschaften; die Zugabe eines Kupferstabilisators um die Monel-Matrix; und die Beschichtung des Kupfers mit Zinn-Silber, um die Oberflächenqualität des Drahtes und einen kontrollierten elektrischen Widerstand zwischen den Drähten (Widerstand zwischen den Drähten) beim Einbau in Kabel sicherzustellen. Nach sukzessiver Implementierung und eingehender experimenteller Validierung aller Verbesserungen wurde ein robuster MgB2-Draht mit 1 mm Durchmesser und den erforderlichen elektromechanischen Eigenschaften hergestellt.

Der nächste Schritt bestand darin, lange Einheitslängen von MgB2-Draht aus größeren Knüppeln herzustellen (zusammengesetzte Verbundstäbe, die dann extrudiert und zu einem langen Draht heruntergezogen werden). Die angestrebte Stücklänge von mehreren Kilometern wurde 2018 mit dem Start der Serienbeschaffung des Drahtes erreicht. Parallel dazu wurden am CERN verschiedene Kabellayouts entwickelt und validiert. Dazu gehörten runde MgB2-Kabel in koaxialer Konfiguration mit einer Nennleistung von 3 kA und 18 kA bei 25 K (siehe Abbildung „Komplexe Verkabelung“). Während die am CERN hergestellten Prototypen eine Länge von 20 bis 30 m hatten, enthielt die Kabelanordnung von Anfang an Merkmale, die eine Produktion mit industriellen Verkabelungsmaschinen, wie sie für herkömmliche Kabel verwendet werden, ermöglichten. Parallel zur Draht- und Kabelentwicklung wurden Spleißtechniken sowie Erkennungs- und Schutzaspekte berücksichtigt. Beide Technologien hängen stark von den Eigenschaften des Supraleiters ab und sind von entscheidender Bedeutung für die Zuverlässigkeit des Endsystems.

Die erste Qualifizierung bei 24 K eines am CERN hergestellten 20-kA-MgB2-Kabels, bestehend aus zwei miteinander verbundenen 20-m-Längen, fand im Jahr 2014 statt. Es folgte die Qualifizierung von Kurzmodellkabeln und anderen technologischen Aspekten sowie der Konstruktion am CERN einer speziellen Teststation, die die Messung langer Kabel ermöglicht, die bei höheren Temperaturen in einem erzwungenen Heliumgasstrom betrieben werden. Die Kabel wurden dann im Rahmen eines Vertrags mit ICAS industriell bei TRATOS Cavi hergestellt, in einer engen und fruchtbaren Zusammenarbeit, die – beim Betrieb schwerer Industrieanlagen – die in der Forschungs- und Entwicklungsphase ermittelten Anforderungen ermöglichte. Die Komplexität der endgültigen Kabel erforderte einen mehrstufigen Prozess mit unterschiedlichen Verkabelungen, Geflechten und elektrisch isolierenden Leitungen sowie die Implementierung eines entsprechenden Qualitätssicherungsprogramms. Die ersten Industriekabel mit einer Länge von 60 m wurden 2018 am CERN erfolgreich qualifiziert. Endgültige Prototypkabel des für den HL-LHC benötigten Typs (sowohl für die Tripletts als auch für die passenden Abschnitte) wurden 2020 am CERN validiert, als die Serienproduktion begann der letzten Kabel wurde auf den Markt gebracht. Bis heute wurden die gesamte Serie von etwa 1450 km MgB2-Draht – die erste Großserienproduktion dieses Materials – und fünf der acht endgültigen MgB2-Kabel, die für den HL-LHC benötigt werden, produziert.

Der Einsatz von Wasserstoff kann die Energiequellen diversifizieren, da er Treibhausgasemissionen und Umweltbelastungen bei der Energieumwandlung deutlich reduziert

Supraleitende Drähte und Kabel sind der Kern eines supraleitenden Systems, aber das System selbst erfordert eine globale Optimierung, die durch ein integriertes Design erreicht wird. Bei diesem Ansatz bestand die Herausforderung darin, lange und flexible Kryostaten für die supraleitenden Verbindungen mit verbesserter kryogener Leistung in der Industrie zu untersuchen und zu entwickeln. Ziel war es, eine geringe statische Wärmebelastung (< 1,5 W/m) im kryogenen Volumen der supraleitenden Kabel zu erreichen und gleichzeitig ein Design zu wählen – einen zweiwandigen Kryostat ohne dazwischen liegenden thermischen Schirm –, der die Kühlung des Systems vereinfacht und verbessert mechanische Flexibilität der Verbindungen und erleichtert die Handhabung bei Transport und Installation. Diese parallel zu den Draht- und Kabelaktivitäten laufende Entwicklung führte zu den gewünschten Ergebnissen und nach einer umfangreichen Testkampagne am CERN wurde die entwickelte Technologie übernommen. Die Serienproduktion dieser Kryostaten erfolgt bei Cryoworld in den Niederlanden.

Das optimierte System minimiert die kryogenen Kosten für die Kühlung, indem eine supraleitende Verbindung – vom Tunnel zu den technischen Galerien – gerade genug Heliumgas überträgt, um den Widerstandsabschnitt der Stromleitungen zu kühlen und auf die Temperatur (ca. 20 K) zu bringen wodurch die Leads optimiert werden. Mit anderen Worten: Die supraleitende Verbindung verursacht keine zusätzlichen kryogenen Kosten für die Kühlung des Systems. Die für Ströme bis 120 kA ausgelegten Glieder sind ausreichend flexibel, um wie herkömmliche Stromkabel auf Trommeln mit etwa 4 m Durchmesser transportiert zu werden und können bei der Installation ohne große Werkzeuge manuell gezogen werden (siehe „kA-Ströme“) " Bild). Auch die Herausforderung, mit der thermischen Kontraktion der supraleitenden Verbindungen umzugehen, die beim Abkühlen auf kryogene Temperatur um etwa 0,5 m schrumpfen, wurde angesprochen. Eine innovative Lösung, die Biegungen nutzt und mit der festen Position des aktuellen Bleikryostaten kompatibel ist, wurde mit Prototypentests validiert.

Während MgB2-Kabel hohe Gleichströme aus der 4,5 K flüssigen Heliumumgebung im LHC-Tunnel auf etwa 20 K in den neuen unterirdischen Galerien des HL-LHC übertragen, ist ein anderes supraleitendes Material erforderlich, um den Strom von 20 auf 50 K zu übertragen, wo der Widerstand liegt Ein Teil der Stromleitungen stellt die Brücke zur Raumtemperatur her. Um den Systemanforderungen gerecht zu werden, wurden neuartige HTS-Stromleitungen auf Basis des supraleitenden REBCO-HTS-Bandes (Seltenerd-Bariumkupferoxid) – ein Material, das sich zum Zeitpunkt der LHC-Studie noch in der Entwicklungsphase befand – konzipiert, konstruiert und für den Betrieb qualifiziert diese Aufgabe (siehe Bild „Überbrückung der Lücke“). Kompakte, runde REBCO-Kabel sorgen auf einer kurzen Länge (einige Meter) für die elektrische Übertragung vom MgB2 auf 50 K, wonach der Widerstandsteil der Stromleiter den Strom schließlich auf Raumtemperatur bringt. Angesichts der Komplexität des Umgangs mit dem REBCO-Leiter wurden die entsprechenden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am CERN durchgeführt, wo auch eine komplexe spezielle Verkabelungsmaschine konstruiert wurde.

Während REBCO-Bänder von der Industrie bezogen werden, gab es bei der Entwicklung der Kabel viele Herausforderungen. Spezifische Probleme im Zusammenhang mit dem Bandleiter, beispielsweise der elektrische Widerstand im Inneren des Bandes und die Abhängigkeit der elektrischen Eigenschaften von der Temperatur und den beim Löten angewendeten Zyklen, wurden identifiziert und gemeinsam mit den Bandherstellern gelöst. Es wurde ein konservativer Ansatz implementiert, der eine kritische Stromverschlechterung des Bandes nach der Verkabelung von Null vorsah. Die aus dieser Entwicklung gewonnenen Erkenntnisse sind auch von entscheidender Bedeutung für zukünftige Projekte mit REBCO-Leitern, einschließlich der Entwicklung von Hochfeld-REBCO-Spulen für zukünftige Beschleunigermagnete.

Die Serienkomponenten der HL-LHC-Kaltenergiesysteme (supraleitende Verbindungen mit entsprechenden Abschlüssen) sind jetzt in Produktion, mit dem Ziel, alle Systeme im Jahr 2025 für die Installation in den unterirdischen Bereichen des LHC in den folgenden Jahren verfügbar und qualifiziert zu haben. Der Serienproduktion und Industrialisierung gingen der Abschluss von Forschung und Entwicklung sowie technologische Validierungen am CERN voraus. Wichtige Meilensteine ​​waren der Test einer supraleitenden Verbindung im Submaßstab von 18 kA, die mit einem Paar neuartiger REBCO-Stromleitungen verbunden ist, im Jahr 2019 und der Test von 60 m langen supraleitenden Leitungen mit vollem Querschnitt, wie sie für die LHC-Tripletts benötigt werden und für die passenden Abschnitte, beide im Jahr 2020.

Die komplexen Abschlüsse der supraleitenden Verbindungen umfassen zwei Arten von Kryostaten, die auf der 20-K-Seite die HTS-Stromleitungen und die Spleiße zwischen REBCO- und MgB2-Kabeln und auf der 4,2-K-Seite die Spleiße zwischen dem Niob-Titan und dem MgB2 enthalten Kabel. Eine besondere Weiterentwicklung des Designs bestand darin, die Kompaktheit zu erhöhen und die Verbindung des Kryostaten mit den Stromleitungen zur supraleitenden Verbindung an der Oberfläche vor der Installation in den unterirdischen Bereichen des HL-LHC zu ermöglichen (siehe Abbildung „Ende der Linie“). Die Serienproduktion der beiden Kryostat-Abschlüsse erfolgt über Kooperationsvereinbarungen mit der University of Southampton und der Uppsala University.

Die Verlagerung der Stromzuführungen durch den Einsatz supraleitender Verbindungen bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich. Dazu gehört die Freigabe wertvollen Platzes im Hauptbeschleunigerring, der für andere Beschleunigerausrüstung verfügbar wird, und die Möglichkeit, Stromversorgungsgeräte und zugehörige Elektronik in strahlungsfreien Bereichen unterzubringen. Letzteres lockert die Anforderungen an die Strahlungshärte der Hardware und erleichtert den Zugang für das Personal zur Durchführung der verschiedenen Eingriffe, die während des Beschleunigerbetriebs erforderlich sind.

Die Kühlung mit Heliumgas geringer Dichte ermöglicht auch die elektrische Übertragung über große vertikale Distanzen. Die Fähigkeit, hohe Ströme von unterirdischen Tunneln auf Oberflächengebäude zu übertragen – wie ursprünglich für den HL-LHC untersucht – ist daher für zukünftige Maschinen wie den geplanten Future Circular Collider am CERN von Interesse. Flexible supraleitende Verbindungen können auch für „Push-Pull“-Anordnungen von Detektoren an linearen Kollidern wie dem vorgeschlagenen CLIC und ILC verwendet werden, wo die Einführung flexibler Energieleitungen den Austausch von Experimenten, die denselben Wechselwirkungsbereich nutzen, vereinfachen und die Zeit verkürzen kann .

Über die Grundlagenforschung in der Physik hinaus ist die Supraleitung eine Technologie, die die Übertragung von Energie im GW-Bereich über große Entfernungen ermöglicht. Die Hauptvorteile sind neben einer unvergleichlich höheren Leistungsübertragung die geringe Größe, geringe elektrische Gesamtverluste, eine minimierte Umweltbelastung und eine nachhaltigere Übertragung. HTS bietet die Möglichkeit, ohmsche Hochspannungsfreileitungen, die über Tausende von Kilometern mit Spannungen von etwa 1000 kV betrieben werden, durch unterirdisch verlegte Niederspannungsleitungen mit geringerer Stellfläche zu ersetzen.

Die Energieübertragung über große Entfernungen mittels wasserstoffgekühlter supraleitender MgB2-Verbindungen, möglicherweise verbunden mit erneuerbaren Energiequellen, gilt als einer der führenden Wege hin zu einem nachhaltigen Energiesystem der Zukunft. Da Wasserstoff bei 20 K (der Temperatur, bei der MgB2 supraleitend ist) flüssig ist, können große Mengen gespeichert und als Kühlmittel für supraleitende Leitungen verwendet werden, wobei es gleichzeitig als Energieträger und Kryogen fungiert. In dieser Richtung beteiligte sich CERN – in einem sehr frühen Stadium der Entwicklung der supraleitenden HL-LHC-Verbindungen – an einem Projekt, das Carlo Rubbia als wissenschaftlicher Direktor des Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS) in Potsdam ins Leben gerufen hatte. Vor etwa zehn Jahren gipfelte die gemeinsame Forschung von CERN und IASS in der Rekorddemonstration der ersten 20-kA-MgB2-Übertragungsleitung, die bei der Temperatur von flüssigem Wasserstoff betrieben wurde. Diese Aktivität wurde mit einer europäischen Initiative namens BestPaths fortgesetzt, die ein Monopol-MgB2-Kabelsystem vorführte, das in Heliumgas bei 20 K betrieben wurde. Dieses wurde in der Industrie für den Betrieb bei 320 kV und bei 10 kA am CERN qualifiziert, was eine Stromübertragungsfähigkeit von 3,2 GW bewies. An dieser Initiative waren die europäische Industrie und der französische Übertragungsnetzbetreiber beteiligt. In Italien hat das INFN kürzlich ein Projekt namens IRIS gestartet, das auf einer ähnlichen Technologie basiert (siehe CERN Courier Januar/Februar 2023, S. 9).

Neben der Übertragung von Energie über große Entfernungen mit geringen Verlusten und minimaler Umweltbelastung ist die Entwicklung leistungsstarker, kostengünstiger, nachhaltiger und umweltfreundlicher Energiespeicher- und -produktionssysteme eine zentrale Herausforderung für die Gesellschaft. Der Einsatz von Wasserstoff kann die Energiequellen diversifizieren, da er Treibhausgasemissionen und Umweltbelastungen bei der Energieumwandlung deutlich reduziert. In der Luftfahrt werden alternative Antriebssysteme untersucht, um den CO2-Ausstoß zu reduzieren und zu emissionsfreien Flügen zu gelangen. Die Ausweitung des Elektroantriebs auf größere Flugzeuge ist eine große Herausforderung. Supraleitende Technologien sind eine vielversprechende Lösung, da sie die Leistungsdichte in der Antriebskette erhöhen und gleichzeitig die Masse des elektrischen Verteilungssystems deutlich verringern können. In diesem Zusammenhang wurde kürzlich eine Kooperationsvereinbarung zwischen CERN und Airbus UpNext geschlossen. Der Bau eines Demonstrators für die supraleitende Verteilung in Flugzeugen namens SCALE (Super-Conductor for Aviation with Low Emissions), der die supraleitende Verbindungstechnologie HL-LHC nutzt, wurde kürzlich am CERN gestartet.

Die umfassende Erfahrung des CERN in der supraleitenden Verbindungstechnologie ist auch für große Rechenzentren von Interesse. Eine Kooperationsvereinbarung zwischen CERN und Meta wird derzeit diskutiert. Die Möglichkeit, Energieausrüstung entfernt von Servern zu platzieren, große Energie effizient in einem kompakten Volumen zu übertragen und Nachhaltigkeitsziele durch die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks zu erreichen, motiviert zu einer globalen Neubewertung konventioneller Systeme angesichts des Potenzials der supraleitenden Übertragung.

Solche Anwendungen verdeutlichen den positiven Kreislauf zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung. Die Anforderungen der Grundlagenforschung in der Teilchenphysikforschung haben zur Entwicklung immer leistungsfähigerer und anspruchsvollerer Beschleuniger geführt. Dabei engagieren sich Wissenschaftler und Ingenieure an Entwicklungen, die ursprünglich für die Bewältigung spezifischer Herausforderungen konzipiert wurden. Dies erfordert häufig einen multidisziplinären Ansatz und die Zusammenarbeit mit der Industrie, um Prototypen in ausgereifte Technologie umzuwandeln, die für den Einsatz in großem Maßstab bereit ist. Die Beschleunigertechnologie ist ein wichtiger Innovationstreiber, der auch weitreichende Auswirkungen auf die Gesellschaft haben kann. Das supraleitende Verbindungssystem für das HL-LHC-Projekt ist ein leuchtendes Beispiel.