Hochpräzise Bestimmung von physikalischen Höhenbezugsflächen mit Zenitkamera, GPS und Gravimetrie für die Justierung von linearen Teilchenbeschleunigern

Das deutsche Elektronensynchrotron DESY plant derzeit in internationaler Zusammenarbeit den 33 km langen Linearbeschleuniger TESLA und den Röntgenlaser XFEL. Der Betrieb von Beschleunigungsanlagen dieser Länge erfordert eine sehr hohe Aufstellungsgenauigkeit der strahlführenden Komponenten. In jedem Teilabschnitt von 600 m Länge (= Betatronwellenlänge) muss die Justierung mit einer Nachbarschaftsgenauigkeit von 0.5 mm in der Lage und 0.2 mm in der Höhe gewährleistet sein.

Hierzu wurde von ingenieurgeodätischer Seite an der Bauhaus-Universität Weimar ein 3-Punkt-Alignement-Verfahren weiterentwickelt, das die geforderte Lagegenauigkeit garantiert. Zur hochpräzisen Höhenbestimmung soll ein neuartiges Schlauchwaagensystem mit Ultraschallabgriff eingesetzt werden. Die Flüssigkeitsoberfläche des Schlauchwaagensystems und damit die Höhenbezugsfläche folgt einer Äquipotentialfläche des Erdschwerefeldes. Die Geometrie der Äquipotentialfläche muss im geforderten Genauigkeitsbereich messtechnisch erfasst werden, weil die Flugbahn der Teilchen unabhängig vom Einfluss des Erdschwerefeldes realisiert werden soll.

Im Projektseminar wurden verschiedene Methoden zur Schwerefeldbestimmung für diesen Genauigkeitsanspruch untersucht. In einem Testgebiet bei Cuxhaven wurden mit Unterstützung des Institutes für Geowissenschaftliche Gemeinschaftsaufgaben (GGA) gravimetrische und astrogeodätische Messungen durchgeführt und mit verschiedenen Ansätzen ausgewertet. Ergebnis dieser Arbeiten ist, dass die Geometrie der Äquipotentialfläche im gesuchten Spektralbereich (Wellenlänge < 600 m) mit den beiden angewandten Verfahren erfassbar ist, die Signalamplitude im Messgebiet allerdings unterhalb der Fehlerschranke von 0,2 mm liegt. Simulationsrechnungen zeigen, dass für andere Gebiete eine höhere Signalamplitude nicht ausgeschlossen werden kann. Deswegen wird am Institut über das Projektseminar hinaus in Kooperation mit dem DESY an dieser Thematik gearbeitet. Ebenso werden die praktischen Messungen mit dem digitalen Zenitkamerasystem, die im Projektseminar begonnen worden sind, weiter fortgesetzt.