Vakuumpumpe unterstützt Beschleunigerbetrieb

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.