Die Lichtquelle am Argonne National Laboratory wird seit März 1995 von Forschern und Wissenschaftlern aus der ganzen Welt genutzt. Im Kern ist eine Lichtquelle eine Sammlung von Teilchenbeschleunigern, die Synchrotronlicht erzeugen. Die Wissenschaftler können eine Vielzahl von Experimenten in den unterschiedlichsten Bereichen durchführen, darunter Chemie, Energie, Kulturerbe und Technik. Neben der Grundlagenforschung hat dies auch einige praktische Fortschritte in einer Reihe von Anwendungen ermöglicht und in einigen Fällen zu weitreichenden Verbesserungen beigetragen, z. B. in der Strahlenmedizin oder in der Materialentwicklung. So hat sie beispielsweise die Grundlage für die Verbesserung der Turbinenschaufeln von Flugzeugtriebwerken geschaffen.
Mit der angekündigten kündigten 815 Millionen Dollar teuren Aufrüstung des APS, bietet Argonne der wissenschaftlichen Gemeinschaft, die nächste Stufe der Lichtquellentechnologie. Die Aufrüstung wird die Helligkeit der Röntgenstrahlen des APS um das bis zu 500-fache steigern, was Forschern ein noch klareres Bild molekularer und atomarer Strukturen erlauben soll.
Bei dem APS-Aufrüstungsprojekt wird ein Multi-Bend-Achromatic-Gitter (MBA) verwendet, das die Elektronenstrahlemission um einen Faktor von etwa 75 verringern wird. Die Vakuum- und RF-Systeme spielen eine wichtige Rolle bei der Erreichung dieser signifikanten Reduzierung des Strahldurchmessers. Das Vakuumsystem muss einen UHV-Druckbereich von 1x 10-11 mbar einhalten und gleichzeitig einen maximalen Druck von 2 mbar (abs) zulassen. Um dies zu erreichen, muss das System frei von Kohlenwasserstoffen sein, und alle Vakuumdichtungen müssen mit einem Metalldichtungssystem versehen sein.
Der Speicherring wird 40 Sektoren mit einem speziellen Bereich am Anfang jedes Sektors haben. Die Sektoren und Sonderbereiche müssen zeitweise vom System abgetrennt werden. Dies ist eine technische Herausforderung, da die RF-Kontinuität zur Erhaltung der Elektronenstrahlleistung durch den Einsatz von Sektorventilen nicht gestört werden darf. Gleichzeitig muss aber die Möglichkeit geboten sein, Abschnitte nach Bedarf abzutrennen und dabei das UHV-Vakuumniveau zu erhalten. Die Ganzmetallschieber der Baureihe 47 von VAT wurden von der APS ausgewählt, um diese Herausforderung zu meistern.
Bei den Ventilen der Baureihe 47 von VAT handelt es sich um Ventile, die eine Metalldichtung sowohl für die Kopf- als auch für die Tellerdichtung des Ventils verwenden. Sie sind frei von Kohlenwasserstoffen und für XHV-Vakuumwerte ausgelegt. Dies allein ist eine Besonderheit für Vakuumventile, insbesondere, wenn sie in Serie hergestellt werden. Die Baureihe 47 geht jedoch noch einen Schritt weiter und verfügt über eine RF-Auskleidung, die sich in den Schieberhohlraum bewegt, wenn sich der Schieber öffnet, und so eine RF-Kontinuität bei geöffnetem Ventil sicherstellt. Die RF-Auskleidung wird nach den individuellen Spezifikationen der jeweiligen Anlage entwickelt.
Zu den zusätzlichen Anforderungen von APS gehören ein RGA-Scan, der nachweist, dass die Ventile die UHV-Spezifikation erfüllen, eine spezielle hochreine Doppelverpackung einschließlich einer Stickstoff-Schutzatmosphäre sowie die Zertifizierung der Ventilfunktion durch mindestens 200 Betätigungen des Ventils und das Erhitzen auf 250 °C (offen und geschlossen).
Zusätzlich wurden die Ganzmetallschieber der Baureihe 48 von APS für die UHV-Isolierung ausgewählt, wenn keine RF-Auskleidung erforderlich ist. Die Ganzmetallschieber der Baureihe 48 bieten XHV-Vakuumfähigkeit mit einer kohlenwasserstofffreien Konstruktion, die auch Metalldichtungen als Kopf- und Tellerdichtung verwendet. Die Ganzmetallschieber der Baureihe 48 eignen sich für eine Vielzahl von UHV- und extremen UHV-Anwendungen und erfüllen die gleichen RGA-, Zertifizierungs- und Verpackungskriterien wie die RF-Ventile der Baureihe 47.
Joshua LeBeau, Channel Manager bei VAT Inc., erklärt: VAT ist begeistert, Teil dieses Projekts zu sein, das dazu beiträgt, dass Argonne auch in den kommenden Jahrzehnten an der Spitze der Röntgenforschung steht. Wenn das Advanced Photon Source Upgrade fertiggestellt ist, wird es die APS-Anlage erneuern, in der Hoffnung, dass sie an der Spitze des Machbaren bleibt."
Die Hauptbauarbeiten für das Upgrade sollen Mitte 2022 beginnen und werden etwa ein Jahr dauern.
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