Thailand im Licht

Reisende aus aller Welt kennen Thailand für wunderschöne Lichtphänomene, wie atemberaubende Sonnenaufgänge, türkisfarbenes Meerwasser oder die Beleuchtung von Flüssen und des Himmels während des Loy Krathong Lichterfestes. Aber wussten Sie, dass die brillantesten Lichtphänomene in der Mitte des Landes in Suranaree auftreten? Die SIAM Photon Source (SPS) des thailändischen Synchrotron Research Light Institute (SRLI) stellt Wissenschaftlern und Unternehmen in der ASEAN-Region Synchrotronstrahlung für die Untersuchung von faszinierenden neuen Materialeigenschaften bereit. Der 1.2 GeV-Speicherring mit 81 m Umfang wurde Thailand im Jahr 1996 von einem japanischen Konsortium von Halbleiterunternehmen geschenkt. Trotz des hohen Geldwertes verlangte die Spende von der thailändischen Regierung auch erhebliche Anstrengungen für den Betrieb der Infrastruktur, die Ausbildung von Wissenschaftlern und Ingenieuren sowie die Modernisierung und den Ausbau der Infrastruktur nach den neuesten Standards.
Große Meilensteine in der weiteren Entwicklung des SPS waren die Einführung von Insertion Devices und zusätzlichen Beamlines. Synchrotrons der ersten und zweiten Generation, wie das ursprüngliche SPS, beruhen darauf, dass die Elektronen auf einer rein kreisförmigen Bahn in einer Ultrahochvakuumröhre gehalten werden. Das Vakuum muss unter 10-9 mbar liegen, damit sich die Elektronen bis zu 12 Stunden lang ungehindert und ohne Störung durch Restgasmoleküle bewegen können. Die Bewegung von Elektronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf einer gekrümmten Bahn bewirkt die Emission von Synchrotronstrahlung. Um die Intensität zu erhöhen, werden bei Synchrotrons der dritten Generation so genannte Insertion Devices eingesetzt. Diese bestehen aus einem geraden Abschnitt von Magneten, die die Elektronen auf eine Slalombahn versetzen. Statt einer weiten Kurve durchlaufen die Elektronen nun viele scharfe Kurven, wodurch sie eine brillantere Synchrotronstrahlung aussenden.
"Stellen Sie sich die Intensität des Synchrotronlichts wie den Reifenverschleiß eines Rennwagens vor. In einer weiten Kurve einer NASCAR-Rennstrecke gibt es einen gewissen Reifenabrieb. Wenn Sie jedoch mit der gleichen Geschwindigkeit durch einen engen Slalomkurs fahren, schmelzen Ihre Reifen dahin und verbrennen viel Gummi. In ähnlicher Weise ist die Synchrotronstrahlung während der Slalomfahrt der Elektronen viel höher", erklärt Thanapong Phimsen vom SRLI. Eine zentrale Herausforderung besteht darin, den neuen Slalomkurs in das komplexe Vakuumsystem zu implementieren, ohne dass die Elektronen gegen die Wände der Röhre prallen.

Maßgeschneiderte VAT Vakuumlösungen für jede Anforderung

Die Vakuum-Anforderungen von Synchrotrons zu erfüllen ist große eine Herausforderung wofür VAT ein umfangreiches Produktportfolio für Ultrahochvakuum-Anwendungen anbietet. "Wir haben für jede Position im Synchrotron-Vakuumsystem das perfekte Ventil", erklärt Kenneth Kuah, Sales Manager bei VAT. "Zum Beispiel haben wir an einigen Stellen, die weiter vom Elektronenstrahl entfernt sind, Standard-Hochvakuum-Eckventile der Baureihe 26.4 mit einer geringen Ausgasungsrate und einem verlängerten Wartungszyklus installiert. In der Nähe des Strahls oder der Insertion Devices kann die Strahlungsintensität jedoch recht hoch sein. In diesem Bereich sollten nur Ganzmetallventile wie die Eckventile der Baureihe 57.1 verwendet werden, da sie keine Elastomerdichtungen haben, die sich in einer Umgebung mit hoher Strahlung zersetzen können. Zu diesem Zweck hat VAT eine einzigartige VATRING-Dichtungstechnologie entwickelt, die es zu dem einzigen Ganzmetall-Eckventil macht, das ein wiederholtes Öffnen und Schließen ermöglicht, ohne seine Dichtungseigenschaften zu verlieren."
Komplexer sind die Schieberventile, die den Ring in verschiedene Vakuumsegmente unterteilen, auch Sektorventile genannt. Wenn eine Zone zu Wartungszwecken belüftet werden muss, können die anderen unter einem Ultrahochvakuum bleiben. Dadurch wird eine mögliche Verunreinigung durch die Umgebungsluft vermieden, die Wartungsarbeiten werden erleichtert und die Abpumpzeit nach der Wartung wird verringert. Allerdings ist jedes eingesetzte Sektorventil eine Unterbrechung des Magnetfeldes, das die Elektronen in der Bahn hält und verursacht damit eine Streuung des Elektronenstrahls. "Es ist immer schwierig, das ursprüngliche Konzept der Elektronenbahn in einem Synchrotron zu ändern, z. B. durch die Implementierung eines neuen Insertion Devices oder Beamlines", erklärt Supan Boonsuya. Aus diesem Grund arbeiteten die Vakuumtechniker des SRLI eng mit den Ingenieuren von VAT in der Schweiz zusammen, um zu definieren, wie die Insertion Devices die elektrischen und HF-Eigenschaften des Rings verändern. Basierend darauf wurde eine angepasste Version der VAT Ganzmetall-Schieberventile der Baureihe 47.1 mit einer kundenspezifischen HF-Brücke an die SPS geliefert und erfolgreich getestet. Insgesamt wurden 10 verschiedene VAT-Ventiltypen im SPS Synchrotronring eingesetzt.

Eine starke Partnerschaft hat sich entwickelt

Vor einigen Jahren wurden mit Hilfe der VAT-Vakuumventiltechnik die ersten Insertion Devices erfolgreich in der SPS implementiert. Zwölf Beamlines sind inzwischen in Betrieb, zwei weitere befinden sich bereits im Bau. In Thailand hat sich mittlerweile eine ganze wissenschaftliche Community um die Synchrotronanlage gebildet. Mittlerweile ist sogar der Bau einer noch größeren 3-GeV-Synchrotronanlage (SPS-II) in Planung. Diese wissenschaftlichen Ambitionen unterstreichen die Bedeutung des SPS für die thailändische Forschungsinfrastruktur. Natürlich wird die VAT weiterhin ein hilfsbereiter Partner bei der Suche nach den besten Lösungen für die kommenden Synchrotrons, Beamlines und Experimentierstationen sein.