Institut für Technische Physik (ITEP)

Das ITEP

Innovative Technologien für Energie und Physikalisch-technische Grundlagen

Das Profil des ITEP ist klar fokussiert auf Forschung und Entwicklung für eine sichere und effiziente Energieversorgung und -nutzung.

Das ITEP bewegt sich dabei in einem Spannungsfeld zwischen anwendungsorientierter Technologieentwicklung, dem Streben nach wissenschaftlicher Erkenntnis, der Aufbereitung von Chancen und Risiken der von uns bearbeiteten Technologien für den öffentlichen Diskurs und die qualifizierte Ausbildung in den Natur- und Ingenieurwissenschaften zur Förderung und Sicherung des wissenschaftlich-technischen Nachwuchses. 

Die Stärke des ITEP ist dabei die verbindende Position zwischen der wissenschaftlichen Forschung und dem Transfer in die wirtschaftliche Anwendung in unseren Arbeitsbereichen. Die Apparaturen und Experimente am ITEP sind sehr oft einzigartig. Diese besondere Infrastruktur und das Know-how der ITEP-Mitarbeiter*innen sind ein national und international anerkanntes Alleinstellungsmerkmal.

Im Rahmen der Helmholtzprogrammatik im Bereich Energie fokussieren wir unsere Arbeiten auf die Entwicklung und Anwendung supraleitender Komponenten für kompakte und effiziente Komponenten moderner Energiesysteme, sowie auf neue Technologien für den Fusionsbrennstoffkreislauf, insbesondere in der Vakuumtechnik.

Technologien der Supraleitung sind Bestandteil der allgemeinen Roadmap zum Thema Energie. In der Medizin-, Beschleuniger- und Hochfeld-Technologie sind supraleitende Lösungen bereits etablierte Anwendungen. Aufgrund der Vorteile in Energie- und Materialeffizienz gegenüber herkömmlichen Lösungen erwarten wir einen starken Anstieg der kommerziellen Nutzung der HTSL-Technologie für Energietransport, Energiespeicherung sowie Energiewandlung und -nutzung. Daher arbeitet das ITEP intensiv mit Industrieunternehmen bei der Realisierung bzw. Einführung von supraleitenden Systemen zusammen.

Das ITEP deckt dabei das gesamte Forschungs- und Entwicklungsspektrum von supraleitender Materialforschung über Komponentenentwicklung und Kryotechnologie bis zur Realisierung kompletter Supraleitungssysteme ab. Dieses thematische Profil ist Arbeitsgrundlage der am ITEP verankerten Professuren und der damit verbundenen Forschungsfelder und -themen.

 

 

Unsere Forschungsfelder:

Supraleiter- und Kryomaterialien bilden die Grundlage aller supraleitenden Anwendungen. Am ITEP werden sowohl klassische Tieftemperatur- und Hochtemperatursupraleiter, als auch neue Supraleiter- und Kryomaterialien hinsichtlich Ihres Anwendungspotentials für energie- und magnettechnische Anwendungen untersucht und entwickelt. Dies erstreckt sich von dem Verständnis der stromtragenden Supraleitereigenschaften über die Charakterisierung der mechanischen Tieftemperatureigenschaften bis hin zur Entwicklung hochstromtragender Draht- und Kabelarchitekturen und deren Herstellungstechnologien.

Am ITEP werden erste Demonstratoren und Prototypen für neuartige supraleitende, energietechnische Anwendungen entwickelt, mit dem Schwerpunkt der Erhöhung der Ressourcen- und Energieeffizienz. Dazu gehören unter anderem leistungsstarke und kompakte AC und DC Energieleitungen, energieeffiziente und kompakte Transformatoren, supraleitende magnetische Energiespeicher sowie kurzschlussstrombegrenzende Betriebsmittel. Weitere Forschungsschwerpunkte sind die Entwicklung neuer Simulationswerkzeuge für die Berechnung des komplexen elektromagnetischen Verhaltens der Hochtemperatur-Supraleiter und die Echtzeitintegration neuartiger Komponenten und Betriebsmittel mittels eines leistungsstarken Power-Hardware-in-the-Loop Labors. 

Die supraleitende Magnettechnologie umfasst ein weites Feld beginnend mit einfachsten Wicklungen wie Ring- und Scheibenspulen über Solenoide und Polspulen bis hin zu kompletten Magnetsystemen und/ oder anspruchsvollen 3D-Wicklungen, die sich nicht mehr auf einfachen geometrischen Körpern realisieren lassen. 

Anwendung finden diese Komponenten beispielsweise in der Medizinischen Diagnostik und Forschung (MRI & NMR), in der Energietechnik (Transformatoren, Motoren/ Generatoren), in Industriemagneten (Aufmagnetisierung, Dämpfung/ Stabilisierung, Beschichtung), in der Hochenergiephysik (Beschleuniger, Fusion) und in Spezialmagneten. 

Die Forschung und Entwicklung in den Bereichen Berechnung/ Auslegung, Fertigung, Test und Betrieb (Temperaturen von 1.8 K bis 300 K) wird unterstützt durch Kompetenzen und Anlagen im Bereich Wickeltechnik (konventionell und/oder mehrere zusammenarbeitende 2- bis 6-Achsen-Roboter mit dedizierter Wickelhand), Verguß & Imprägnierung und kryotechnischen Versuchsanlagen für Komponenten repräsentativer Abmessungen (bis zur Größenordnung „Meter“).

Der zuverlässige Betrieb eines Fusionskraftwerks erfordert das sichere Prozessieren des Fusionsbrennstoffs in einem geschlossenen Kreislauf und die Kontrolle des Fusionsplasmas in einer Vakuumkammer mit noch nie dagewesener Komplexität. In dem Schlüsselbereich Vakuum hält das ITEP eine weltweit einzigartige Infrastruktur bereit, die es gestattet, das wissenschaftlich-technische Know-how langfristig zu sichern und weiter auszubauen.