Präzise Strommessung in Schwerionenexperimenten

In diesem Forschungsprojekt werden neue Verfahren zur hochpräzisen Messung extrem kleiner elektrischer Ströme im Umfeld von Schwerionenbeschleunigern entwickelt. Der Fokus liegt auf dem Cryogenic Current Comparator (CCC) mit supraleitendem SQUID-Sensor (Superconducting Quantum Interference Device). Diese Technologie gehört weltweit zu den empfindlichsten Messsystemen und ermöglicht die zuverlässige Erfassung minimaler magnetischer Felder und Ströme.

Der CCC wird an der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt eingesetzt, um geladene Teilchenstrahlen nicht-invasiv zu messen – also ohne den Strahl zu beeinflussen oder in das Experiment einzugreifen. So können Strahlenparameter wie Intensität und Stabilität überwacht werden, ohne Detektoren in den Strahl zu bringen oder ihn zu stören. Das macht die Methode besonders wertvoll für präzise Experimente in der Kern-, Atom- und Plasmaphysik.

Eine zentrale Herausforderung besteht darin, dass die gesuchten Signale oft deutlich kleiner sind als Störsignale aus der Umgebung. Diese Störungen können sich je nach Betriebszustand des Beschleunigers, Umgebungsmagnetfeldern oder technischen Einflüssen stark verändern. Ziel des Projekts ist es daher, Methoden zu entwickeln, die das eigentliche physikalische Signal trotz wechselnder Umgebungsbedingungen zuverlässig identifizieren.

Dazu werden sowohl klassische als auch moderne Ansätze der Signalverarbeitung untersucht, darunter:

• Frequenz- und Zeitbereichsanalyse schwacher Signale
• Vergleich und Fusion redundanter Sensor- und Kanaldaten
• Modellgestützte Rekonstruktion von Nutzsignalen
• adaptive Filter- und Analyseverfahren
• experimentelle Validierung am aktiven GSI-Beschleunigerbetrieb

Das Projekt konzentriert sich gezielt auf die Weiterentwicklung des existierenden CCC-Systems an der GSI. Ziel ist es, die Messgenauigkeit und Robustheit unter realen Betriebsbedingungen weiter zu steigern und damit einen Beitrag zur hochpräzisen Strahldiagnostik für zukünftige Experimente und Anlagen zu leisten.