Am 14. September 2015 wurde sowohl die wissenschaftliche als auch die physische Welt durchgeschüttelt – und dies im wahrsten Sinne des Wortes! Haben Sie sich auch hin- und hergerissen gefühlt? Vermutlich nicht, denn das wäre als könnten Sie spüren, dass am anderen Ende der Welt jemand mit dem Fuß auf den Boden stampft. Was war passiert? Durch die Fusion zweier schwarzer Löcher in 1.3 Milliarden Lichtjahren Entfernung erfasste unsere Erde für 0.2 Sekunden eine Gravitationswelle. Und zum ersten Mal konnte eine solche Welle – vorhergesagt durch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie - auf der Erde experimentell durch das Projekt LIGO (Laser Interferometer für Gravitationswellen-Observation) nachgewiesen werden. Für diese Leistung wurde 2017 der Nobelpreis für Physik verliehen.
Für den aufwendigen Nachweis solcher extraterrestrischer Großereignisse müssen die Signale immer von zwei Detektoren gleichzeitig erfasst werden. Für eine Lokalisierung ist sogar die Detektion an drei Orten notwendig. Schon 4 Detektoren werden für die Abdeckung aller Himmelsrichtungen benötigt werden. Daher wird weltweit an dem Aufbau eines Detektornetzwerkes gearbeitet, um noch mehr dieser Ereignisse zu detektieren und eine genauere Aussage über deren Ursachen und Herkunft treffen zu können. Das neueste Kind dieser wissenschaftlichen Anstrengungen ist der LIGO India Detektor, der fünfte weltweit.
Die erste Gravitationswelle hat zu einer kurzen Verzerrung der Erde um etwa ein Trilliardstel in ihrer Ausdehnung geführt. Diese unvorstellbar kleine Längenänderung entspricht einer Veränderung des Erde-Sonnen-Abstands von 150 Millionen Kilometern um einen Atomdurchmesser von etwa 100 Pikometern. Um solche kleine Längenänderungen zu messen, werden sehr sensitive Interferometer eingesetzt. Diese messen die Überlagerung zweier gekreuzter Laserstrahlen, welche jeweils in bis zu 4 Kilometern Abstand von einem Spiegel reflektiert werden. Schon kleinste Fluktuationen der Spiegelpositionen können damit erfasst werden. Für die benötigte Sensitivität müssen diese Strahlen im Vakuum geführt werden, denn nur hier ist die Lichtgeschwindigkeit konstant genug, ohne störende Einflüsse von thermischen und atmosphärischen Fluktuationen.
Die Wissenschaftler des Indian Institute for Plasma Research (IPR) haben das Vakuumsystem des LIGO entworfen. Die Herausforderungen sind groß: Die Laserstrahlen müssen in Ultrahochvakuumröhren (UHV) von 1.2 Meter Durchmesser geführt werden. Das entspricht in etwa einem Vakuumvolumen von 3 Wettkampfschwimmbädern und ist somit eines der größten Vakuumsysteme der Welt. Trotzdem sollte der Betrieb nur kurze Wartungsintervalle und Abpumpzeiten erfordern, um weltweit immer möglichst viele Detektoren gleichzeitig einsatzbereit zu haben.
VAT hat schon die Entwicklung des ersten LIGO in den USA beim Design des Vakuumsystems begleitet. Bei großen Vakuumsystemen ist eine Segmentierung in kleinere abtrennbare Volumina essenziell. Nur dann können Wartungen und Reparaturen zielgerichtet in den betroffenen Bereichen durchgeführt werden, während das sonstige System sauber im UHV gehalten wird. “Basierend auf den positiven Erfahrungen der US Kollegen mit VAT Ventilen nahm das IPR bereits Anfang 2021 Kontakt zu mir auf”, erinnert sich Suman Kundu von Lawrence & Mayo, dem Handelsvertreter für Vakuumkomponenten von VAT in Indien. “Ich wusste, dass nur VAT solch große Ventile in der gewünschten Qualität und Reinheit liefern kann”.
“Schnell war klar, dass das große DN 1250 HV-Sperrschieberventil der Baureihe 19.2 die gestellten Anforderungen am besten erfüllt”, erklärt Jürg Öhri, Sales Manager bei VAT. “Es ist für den UHV Bereich spezifiziert und die patentierte VATLOCK Technologie erlaubt das verlässliche Schließen bei geringem Kraftaufwand. Dies macht die hohen Öffnungsdurchmesser von 1250mm oder sogar noch mehr überhaupt erst ermöglicht.” Doch die Anforderungen des LIGO India gingen hierüber hinaus. “Um das Ventil im Ultrahochvakuum einsetzen zu können, wollten wir sicherstellen, dass keinerlei Restgase aus den Elastomerdichtungen unser System verunreinigen und alle Komponenten mindestens bis 150°C ausheizbar sind”, verdeutlichen die Vakuumspezialisten vom IPR. Doch auch hier konnte VAT helfen: Durch eine explizite Restgasanalyse aller gelieferten Ventile konnte deren Reinheit zweifelsfrei nachgewiesen werden, sogar bis 170°C Ausheiztemperatur. Das Ausheizen verkürzt die Abpumpzeiten auf UHV substanziell. Zusätzlich wurde der Ventilantrieb auf die Kundenwünsche hin modifiziert.
Der LIGO India befindet sich zurzeit im Bau und die ersten VAT Ventile werden dafür bereits ausgeliefert. “Wir sind VAT sehr dankbar für das fachliche Knowhow sowie Flexibilität auf kundenspezifische Wünsche einzugehen”, fasst Suman Kundu die Erfahrungen aus dem Projekt zusammen. “Durch Lawrence & Mayo als lokalen Partner vor Ort konnten wir unsere Anforderungen frühzeitig an den richtigen Stellen bei VAT platzieren.”
“Die Zusammenarbeit mit dem IPR und Lawrence & Mayo war von Anfang an hervorragend und sehr effizient. Auf diese Weise ist es für uns einfacher für jede spezifische Anforderung eine gute Lösung zu finden”, resümiert Jürg Öhri. „Am Ende sind es diese leidenschaftlichen Projekte der internationalen Forschergemeinschaft, die uns antreiben. Denn auch wir wollen wissen, was unsere Welt bewegt.“
VAT arbeitet seit langem mit dem CERN, dem größten Teilchenphysiklabor der Welt, zusammen. Sektorventile, die von einem Spezial-Team der VAT entwickelt wurden, helfen dabei, die UHV-Bedingungen innerhalb des Large Hadron Collider (LHC) des CERN intakt zu halten. (3 min. Lesezeit)
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