Magnetsystem
Ein geeignetes magnetisches Feld ist die Grundvoraussetzung für die Impulsbestimmung und die daruaffolgende Teilchenidentifikation für geladene Teilchen. Die beiden Spektrometer-Magneten des PANDA-Experiments sind entwickelt worden um eine ideale Kombinatione magnetischer Felder zu liefern: Eine Solenoid-Magnetfeld von 2T in der Umgebung des Interaktionspunkts und eine Dipolfeld von bis zu 1T für Teilchen, die in Vorwärtsrichtung mit Winkeln kleiner als 5° in vertikaler und kleiner als 10° in horizontaler Richtung emittiert wurden.
Das Zentralfeld von 2T wird von einem supraleitenden Solenoid erzeugt, der einen inneren Durchmesser von 1.9m frei lässt für die Platzierung der Detektoren. Das Design mit geteilter Spule ermöglicht die Platzierung eines vertikalen Target-Rohrs bei etwa einem Drittel der Länge der Spule. Das gesamte System, welches mehr als 300 Tonnen wiegt, wird auf eine bewegliche Plattform gestellt, so dass das System für die Inbetriebnahme und für Wartungen heraus gezogen werden kann. In Vorwärtsrichtung emittierte Teilchen sind einem vom Dipolmagneten erzeugten integrierten Magnetfeld von 2Tm ausgesetzt. Der Dipolmagnet wiegt 220 Tonnen und hat eine etwa 1m x 3m große Öffnung. Dieses System wird durch eine Reihe von Detektoren auf einer weiteren beweglichen Plattform strahlabwärts vervollständigt.
Der Solenoid-Magnet im Target-Spektrometer
Die Bereitstellung eines Magnetfeldes von 2T über eine Länge von etwa 4m und einen Durchmesser von 1.9m, während dieser Raum gleichzeitig für Detektoren frei gelassen werden muss, ist alles andere als trivial. Die technische Herausforderung wird durch weitere Anforderungen bezüglich der Homogenität, die Kreuzung mit der Targetdurchführung und Zugang zum Detektor zusätzlich verkompliziert.
Der Solenoid-Magnet für das PANDA-Experiment wurde mit einer geteilten Spule mit Kabeln vom Rutherford-Typ und indirekter Kühlung entwickelt. Obwohl die Gestaltung eine asymmetrische Anordnung des Kryostaten und des Rückfluss-Jochs erfordert, werden die strengen Anforderungen an das Magnetfeld, dessen Homogenität und die magnetischen Kräfte so erfüllt. Der Kryostat wird alle Subdetektoren des Target-Spektrometers umgeben und als deren Halterung dienen. Das Rückfluss-Joch wird durch die Integration kleiner Driftröhren zwischen den 13 Eisenlagen als aktives Myon-Sytem dienen. Beide Enden des Rückfluss-Jochs werden als öffnenbare Türen gestaltet, die ebenfalls gleichzeitig als Teil des Myon-Systems dienen. Der gesamte Aufbau mit einem Gewicht von über 300 Tonnen wird sich auf eine Parkposition außerhalb des Strahls bewegen lassen, wo die Inbetriebnahme und Wartung durchgeführt werden kann.
Die wichtigsten Parameter sind in der folgenden Tabelle zusammen gefasst:
| Zentralfeld | 2.0 T |
| Homogenität des Feldes | ≤2% |
| Radiales Feldintegral | ≤2 mm |
| Innerer Radius | 1.9 m |
| Parameter des kalten Volumens | |
| Länge | 2.7 m |
| Energie | 20 MJ |
| Strom | 5000 A |
| Gewicht | 4.5 t |
| Kabelquerschnitt | 3.4 × 2 mm |
| Kabelquerschnitt | 3.4 × 2 mm |
| Flussdichte | 59 A/mm |
| Joch-Parameter | |
| Länge | 4.9 m |
| Äußerer Radius | 2.30 m |
| Eisenlagen | 13 |
| Gesamtgewicht | 300 t |
Der Dipol-Magnet im Vorwärts-Spektrometer
Als ein Experiment mit ruhendem Target, erfordert PANDA eine hervorragende Impulsrekonstruktion für Teilchen die mit kleinen Winkeln in Vorwärtsrichtung emittiert werden. Das Vorwärts-Spektrometer wird die Rekonstruktion der Spuren geladener Teilchen mit horizontalen Winkeln von 0° bis 10° und vertikalen Winkeln von 0° bis 5° mit einer Impulsauflösung von ≤ 1% ermöglichen. Der zentrale Teil des Spektrometers ist der Dipolmagnet mit großer Öffnung, der ein Feldintegral von 2Tm bereit stellt. Besondere Herausforderungen sind die große Öffnung von etwa 1m x 3m und die vergleichweise kurze Gesamtlänge von 2.5m in Kombination mit den Anforderungen bezüglich Streufelder und der Unterbringung von Detektor.....en innerhalb des Jochs. Die Beschichtung des Rückfluss-Jochs wird das erforderliche Hochfahrvermögen gewährleisten, so dass der Magnet synchron mit dem High Energy Storage Ring (HESR) betrieben werden kann.
Die wichtigsten Parameter sind in der folgenden Tabelle zusammen gefasst:
| Feldintegral | 2 Tm |
| Bending variation | ≤ ±15% |
| Vertikale Akzeptanz | ±5° |
| Horizontale Akzeptanz | ±10° |
| Anstiegsgeschwindigkeit | 1.25%/s |
| Gesamtverlustleistung | 360 kW |
| Gesmatinduktivität | 0.87 H |
| Gespeicherte Energie | 2.03 MJ |
| Gewicht | 220 t |
| Abmessungen (H × W × L) |
3.88m × 5.3m × 2.5 m |
| Öffnung (H × W) |
(0.80 − 1.01)m × 3.10 m |