Vakuumpumpe unterstützt Beschleunigerbetrieb Institut für Strahlenphysik am HZDR testet VACUU·PURE® 10

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Michael Freitag an vorbereiteten Baugruppen des Elektronen-Linearbeschleunigers ELBE des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (Bildquelle: HZDR)
Michael Freitag an vorbereiteten Baugruppen des Elektronen-Linearbeschleunigers ELBE des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (Bildquelle: HZDR)

Michael Freitag arbeitet am Linearbeschleuniger ELBE des Instituts für Strahlenphysik am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Als Betriebsingenieur ist er für die gesamte Vakuuminfrastruktur zuständig und hat die öl- und abriebfreie Schraubenpumpe VACUU·PURE® 10 unter realen Bedingungen getestet. Im Interview spricht er über die Vorteile der neuen Vakuumtechnologie.

Welche Forschung betreibt das HZDR?

Michael Freitag: Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf gehört zur Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren und strebt nach neuen Erkenntnissen, um unsere Lebensgrundlagen zu erhalten und zu verbessern. Dafür wird am HZDR in Dresden und weiteren Standorten Forschung in den Bereichen Energie, Gesundheit und Materie betrieben.

Das komplexeste Gerät des HZDR ist der supraleitende Elektronen-Linearbeschleuniger ELBE (Elektronen Linearbeschleuniger für Strahlen mit hoher Brillanz und geringer Emittanz) mit einer Gesamtlänge von ca. 150 Metern. Er ist international einzigartig und stellt eine kompakte, beschleuniger-getriebene Strahlenquelle für Teilchen und Photonen dar. Dank des ELBE-Beschleunigers können beispielsweise neue Materialien für die Halbleitertechnik oder Methoden für die Krebstherapie erforscht werden.

Inwieweit unterstützt VACUU·PURE den Betrieb des Beschleunigers?

Michael Freitag: Wir konnten die neue Schraubenpumpe gleich in drei unterschiedlichen Bereichen einsetzen: Erstens direkt am abgeschalteten Beschleuniger im Überwachungsbereich, um die thermische Isolierung der Beschleunigermodule zu unterstützen. Zweitens als Vorpumpe für Turbomolekularpumpen bei verschiedenen Versuchsaufbauten, um Teile des Beschleunigers vor dem Einsatz zu überprüfen. Und drittens am Vakuumtrockenofen zum Ausheizen von Bauteilen des Beschleunigers.

Welche Vorteile bietet VACUU·PURE am Vakuumtrockenofen?

Michael Freitag: Als Vorbereitung für den Betrieb werden die im Beschleuniger verwendeten Bauteile gereinigt und in einem Vakuumtrockenofen bei 130 °C ausgeheizt. Dadurch können wir sicherstellen, dass wir später ein sauberes Vakuum ohne Kohlenwasserstoffe erhalten.

Am Vakuumtrockenofen fallen bei der Trocknung große Dampfmengen an. Die Vakuumpumpe VACUU·PURE kann diese mit ihrer Kondensatverträglichkeit problemlos bewältigen. Dank des integrierten Regenerationsmodus ist sie nach dem Trocknen deutlich schneller wieder auf Enddruck als die bisher eingesetzten Scrollpumpen. Das spart uns definitiv viel Zeit.

Welche Rolle spielt VACUU·PURE beim Isoliervakuum des Beschleunigers?

Michael Freitag: Die Hauptbeschleunigung erfolgt in den supraleitenden Beschleunigermodulen, die mit flüssigem Helium auf ca. -271°C gekühlt werden. Ein Isoliervakuum sorgt für eine thermische Trennung dieser tiefkalten Bereiche zur Umgebung.

Während wartungsbedingter Strahlpausen sind die Beschleunigermodule abgeschaltet und müssen teilweise belüftet werden. Am Ende einer Wartungsphase haben wir VACUU·PURE direkt an die Beschleunigermodule angeschlossen, um die Vorevakuierung des Isoliervakuums bis ins tiefe Feinvakuum (10-3 mbar) zu erreichen. Es war schon beeindruckend, wie schnell VACUU·PURE die zwei Kubikmeter großen Isoliervolumina der Beschleunigermodule evakuiert hat. Ein großer Unterschied ist zudem, dass VACUU·PURE im Gegensatz zu den sonst verwendeten Scrollpumpen keinerlei Abrieb an der Saugseite erzeugt und wir deswegen keine zusätzlichen Filter einsetzen müssen.

Welche Erfahrung haben Sie mit VACUU·PURE als Vorpumpe gemacht?

Michael Freitag: In vorbereitenden Versuchsaufbauten überprüfen wir beispielsweise Teile des Strahlrohrs, die später im Beschleuniger verwendet werden. Für diese Versuchsaufbauten haben wir die Schraubenpumpe VACUU·PURE als Vorpumpe getestet. Bevor die Turbomolekularpumpen zugeschaltet wurden, hat sie die zu untersuchenden Teile zunächst von Atmosphärendruck bis ins tiefe Feinvakuum evakuiert. VACUU·PURE hat sich als hervorragende Vorpumpe für die verschiedenen zum Einsatz kommenden Turbomolekularpumpen erwiesen. Durch das sehr gute Endvakuum sind wir in der Lage, ein tieferes Vorvakuum als mit Membranpumpen zu erzielen. Damit verbessert sich auch der erreichbare Enddruck der Turbomolekularpumpen.

Wie ist Ihr abschließender Eindruck von VACUU·PURE?

Öl- und abriebfrei als Vorpumpe für Turbomolekularpumpen
Die Schraubenpumpe VACUU·PURE® 10 für öl- und abriebfreies Vakuum

Michael Freitag: Zusammenfassend kann ich sagen, dass die neue Schraubenpumpe VACUU·PURE eine außerordentliche Performance bei Enddruck, Saugvermögen und Kondensatverträglichkeit bietet. Ein weiterer Vorteil für uns ist, dass dank der abriebfreien Konstruktion keinerlei Partikel entstehen. Mir ist außerdem positiv aufgefallen, dass VACUU·PURE mit effizienten Maßnahmen zur Schalldämpfung angenehm leise im Betrieb ist.

Wie ist die Zusammenarbeit mit VACUUBRAND?

Michael Freitag: Wir verwenden bereits seit dem Aufbau des supraleitenden Linearbeschleunigers im Jahr 1998 Vakuumpumpen von VACUUBRAND. Mittlerweile sind es rund 50 Pumpen, hauptsächlich Membranpumpen vom Typ MD 4 NT. Durch die langjährigen Kontakte zu den zuständigen Kollegen im Außendienst und der Serviceabteilung hat sich die Zusammenarbeit immer weiter vertieft. Auch durch mehrmalige Besuche bei der Firma VACUUBRAND in Wertheim konnte ich über die Jahre die kontinuierliche, positive Entwicklung des Unternehmens verfolgen. Beeindruckt bin ich immer wieder von der Sauberkeit in den Produktionsbereichen, vor allem in der Zerspanung. Deswegen haben wir uns gerne bereit erklärt, die neue Schraubenpumpe VACUU·PURE zu testen. Das hat sich auch für uns gelohnt, denn mit der neuen und vielseitigen Technologie können wir unsere Prozesse beschleunigen.

Wir danken Herrn Michael Freitag und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf für das Gespräch.

Daten und Fakten zur Strahlenquelle ELBE

Die Strahlenquelle ELBE des HZDR bietet für Forscher vieler Fachrichtungen geeignete Strahlenarten, um verschiedene Experimente durchzuführen. Zur Erzeugung dieser Strahlenarten werden zunächst Elektronen auf Energien von bis zu 40 MeV beschleunigt. Dies entspricht einer Geschwindigkeit von 99,992 % der Vakuumlichtgeschwindigkeit. Um Kollisionen mit Luftmolekülen zu vermeiden ist es deshalb auch unerlässlich, dass im Strahlrohr ein Ultrahochvakuum von bis zu 10-10 mbar herrscht. Anschließend stehen neben Elektronen auch Neutronen und Positronen für Experimente zu Verfügung. Aber auch elektromagnetische Strahlung, wie beispielsweise die Infrarotstrahlung eines Freie-Elektronen-Lasers, kann genutzt werden.

Mehr Informationen auf www.hzdr.de

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