„Seit den Anfängen des Unternehmens im Jahr 1965 hat sich VAT auf F&E-Anwendungen konzentriert und enge Arbeitsbeziehungen zu praktisch allen führenden Instituten der Welt unterhalten“, erklärt Martin Greuter, Sektorleiter Beschichtung, wissenschaftliche Instrumente und Forschung bei VAT. „Eine der jüngsten - und spannendsten - Arbeiten von VAT wurde für das SLAC National Accelerator Laboratory durchgeführt, wo der stärkste harte Röntgenlaser der Welt gebaut wurde.“
Die Linac Coherent Light Source (LCLS) in Stanford wurde 2009 in Betrieb genommen. Die LCLS liefert noch nie dagewesene Bilder der atomaren Welt, indem sie stroboskopartige Pulse erzeugt, die nur einige Millionstel Nanosekunden - d. h. einige Femtosekunden (10-15) - lang sind und eine Milliarde Mal heller als jede bisherige Röntgenquelle. Mit dieser Technologie ist SLAC in der Lage, scharfe Bilder von bewegten Atomen und chemischen Reaktionen zu erzeugen. Somit lassen sich die Eigenschaften von Materialien untersuchen und man kann sogar in lebende Organismen hineinschauen, um Stoffwechselprozesse zu beobachten.
Großer Leistungssprung beim Röntgenlaser
SLAC baut nun die LCLS-II, ein Upgrade, das die LCLS um einen zweiten Röntgenlaserstrahl ergänzt. Damit wird LCLS-II im Durchschnitt 10.000 Mal heller als die ursprüngliche LCLS, feuert 8.000 Mal schneller und beschleunigt von 120 Pulsen pro Sekunde auf eine Million Pulse pro Sekunde. Aufgrund der bemerkenswerten Zuverlässigkeit der bereits in der LCLS installierten VAT Ventile lieferte VAT auch die für die höheren Leistungsstufen der LCLS-II erforderlichen Vakuumventile.
Die Erwartung der Wissenschaftler ist, dass die LCLS-II den Blick auf die Funktionsweise der Natur schärfen wird, indem sie noch präzisere Schnappschüsse auf atomarer Ebene und in ultraschnellen Zeitskalen macht, um grundlegende Prozesse zu verstehen.
„Mit LCLS-II wird SLAC in der Lage sein, die Bewegungen von Atomen noch besser zu beobachten und zu filmen. Man könnte von atomarer high definition sprechen. Dies wird den Wissenschaftlern erlauben chemische Reaktionen, während sie ablaufen, zu beobachten und besser zu verstehen“, sagt Max Golovatiy, VAT Account Manager bei SLAC. „Die LCLS-II wird das Spektrum der Experimente, die am SLAC durchgeführt werden können, erheblich erweitern und als wichtige Plattform für die Entwicklung künftiger Technologien dienen.“
Vakuumventile spielen eine Schlüsselrolle bei LCLS-II
Die Aufrüstung der LCLS-II am SLAC stützt sich auf eine Reihe von VAT Vakuumventilen mit bewährten Designs für Beschleuniger und Synchrotrons. Ein Großteil der ausgewählten Vakuumventile wurde speziell auf die Hochenergieumgebung der LCLS-II zugeschnitten. Der Schwerpunkt lag auf extrem schnellen und präzisen Ventilfunktionen für alle schnell schließenden Ventile, die auf der VAT Baureihe 75 und Baureihe 77 basieren, sowie auf der Langzeitbeständigkeit gegenüber den extremen Temperatur- und Strahlungsbedingungen in der LCLS-II, die mit Ganzmetallventilen auf der Basis der VAT Baureihe 48 und Baureihe 54 erreicht wurde. Um den Wartungsaufwand zu minimieren, wurden die installierten Ganzmetall-Eckventile mit der FLEX VATRING-Technologie konstruiert, die ein wiederholtes, hermetisches Schließen unter UHV-Bedingungen ermöglicht, was mit klassischen Ganzmetalldichtungen in der Regel nur bedingt möglich ist.
„Unsere Vakuumventile spielen eine Schlüsselrolle für den Betrieb der SLAC-Beschleuniger“, ergänzt Max Golovatiy. „Zwischen den einzelnen Stationen der LCLS-II regeln und isolieren VAT-Ventile verschiedene Prozessparameter - sehr präzise und zuverlässig - unter den extremen Druck-, Temperatur- und Strahlungsbedingungen, die in der Ultrahochvakuumumgebung herrschen.“
Die von VAT für SLAC entwickelten Vakuumventile sind ein wichtiger Teil im Ausbau verschiedener Forschungseinrichtungen weltweit, die mit ähnlichen Forschungsansätzen ihr Instrumentarium verfeinern möchten. Optimierte Vakuumventildesigns können den Forschern helfen, präzisere Daten zu erhalten, um Materie und Energie auf elektronischer, atomarer und molekularer Ebene besser zu verstehen - ein Hauptziel des LCLS-II-Projekts.
„Wir sind bestrebt, immer präzisere Vakuumventillösungen zu entwickeln“, fasst Martin Greuter zusammen. „Auf diese Weise trägt VAT indirekt auch dazu bei, die Grenzen des Wissens zu erweitern.“