REPORT FORTSETZUNG 1
REPORT FORTSETZUNG 1 Injektor Die Elektronen werden erzeugt und vorbeschleunigt. 2. Linearbeschleuniger Die Elektronen werden auf nahezu Lichtgeschwindigkeit gebracht. Quadrupolmagnet Dieses Bauteil führt den Elektronenstrahl entlang der Bahn. Kavitäten Der Linearbeschleuniger besteht aus 104 Kavitäten von jeweils 113 ringförmigen Kupferscheiben. Er hat eine Gesamtlänge von 335 Metern. PRÄZIS, PRÄZISER, UNDULATOR Damit Wissenschaftler in neue Dimensionen vorstossen können, braucht es neben dem theoretischen Wissen auch die dazu benötigte Infrastruktur. Im Falle des Swiss- FEL ist das aus baulicher sowie anlagetechnischer Sicht eine weitere anspruchsvolle Herausforderung. Am Beispiel der Undulatoren wird ersichtlich, welcher Aufwand für das Erreichen der geforderten Genauigkeit im 1000stel- Bereich in den doch immerhin 4 Meter langen, 1,4 Meter hohen, 2 Meter breiten und rund 20 Tonnen schweren Bauteilen steckt! Die enge Zusammenarbeit zwischen den Spezialisten des PSI und fähigen Zulieferbetrieben ermöglichte es letzteren auch, in neue Dimensionen aus produktionstechnischer Sicht vorstossen zu können. Bei der Lasermessung kann genau festgestellt werden, wie sich die Messwerte eines montierten Teils von einem nicht montierten Teil unterscheiden. AMBITIONEN GEFRAGT Projekte wie der SwissFEL sind generell nur mit ambitionierten Beteiligten realisierbar. So beauftragte das PSI für den Bau der Prototypen und die 12 benötigten Undulatoren die im hochpräzisen Maschinenbau profilierte Max Daetwyler AG. Das war im Jahre 2010. Kürzlich wurde der erste seriennahe Undulator durch die Daetwyler Industries im Werk Ursenbach fertiggestellt und in einem klimatisierten und luftgefederten Spezialcontainer nach Villigen geliefert. Dazu waren viele einzigartige bauliche und produktionstechnische Sonderlösungen notwendig. SPEZIALISTEN AM WERK Daetwyler Industries verfügt über viele Jahrzehnte Erfahrung im hochpräzisen Maschinenbau. Dabei gehört Fräsen und Schleifen von Maschinenkörpern bzw. Werkstücken bis zu 30 Tonnen Gewicht und Dimensionen von bis zu 12×2,5×2 Metern zu den Kernkompetenzen. Damit die tonnenschweren Maschinenbetten präzise bearbeitet werden können, stehen sämtliche Bearbeitungsmaschinen auf einem extrem gross dimensionierten, spannungsfrei gebauten Betonfundament (Ø Grösse 40×20×25 Meter) in der klimatisierten Werkhalle. Für die SwissFEL-Undulatoren kommt für die Maschinenbetten mineralisches Kompositmaterial zum Einsatz, welches bezüglich Festigkeit, Gewicht, Temperatur- und Form- 12
Der Undulator befindet sich in einer Vakuumkammer, damit die Magnete möglichst nah an den Elektronenstrahl herangeführt werden können. Textauszüge: © PSI 4. Experimente Die extrem kurzen und intensiven Röntgenblitze werden mit Hilfe optischer Elemente bis zu den Messplätzen geführt, wo die verschiedensten Experimente durchgeführt werden können. Neodym-Magnete 3. Undulator Die Undulatoren sind aus ultrastarken Neodym- Magneten zusammengesetzt. Die Magnete mit abwechselnder Polarität (Nord/Süd) zwingen die Elektronen auf eine Slalombahn, dabei entsteht das Röntgenlicht. stabilität die Anforderungen am besten erfüllt. Schon das Umdrehen der beidseitig zu bearbeitenden über 6 t schweren Werkstücke will gekonnt sein … In mehreren Durchgängen bringen die Fräs- und Schleifspezialisten unter ständigem Messen die Undulator-Strukturteile auf ihr hochpräzises Sollmass. DURCHGEHEND KLIMATISIERT Für die Montage der Undulatoren verfügt das Werk Ursenbach über eine eigens dafür ausgerüstete, vollklimatisierte Montageabteilung. Dabei darf die Temperaturdifferenz auf jeder Raumhöhe maximal +/-0,3 °C betragen. Die horizontale Genauigkeit der Undulator- Profile wird auf 4 Meter Länge mit maximal 20 µm (0,002 mm) vorgegeben. Deshalb sind die Raumtemperatur und die Aufbauposition der Undulatoren zentral für das genaue Messen bei der Montage. Dazu hat das PSI spezifische Messmethoden und Apparate entwickelt. Bis im Herbst 2015 werden so im Oberaargau die insgesamt 12 benötigten Undulatoren für den SwissFEL hergestellt werden. VIELSEITIGER NUTZEN SwissFEL wird ganz neue Erkenntnisse ermöglichen, unser Verständnis der Natur erweitern und damit zu praktischen Anwendungen führen wie etwa neuen Medikamenten, effizienteren Prozessen in der chemi- schen Industrie, neuen Materialien in der Elektronik oder alternativen Verfahren der Energieerzeugung. Diese brillanten Aussichten für die Zukunft zeigen den Wert der Forschungsanstrengungen des PSI für unsere gesamte Gesellschaft auf. Und genauso deutlich wird, dass die Spitzenforschung auf Industriepartner angewiesen ist, welche die spektakulären Projekte in komplett neuen Dimensionen auch in die Praxis umsetzen können. • www.psi.ch www.daetwyler.com SO SCHNELL IST «ULTRASCHNELL» Um ultraschnell ablaufende Prozesse beobachten zu können, braucht es ultrakurze Röntgenblitze, wie sie der SwissFEL produzieren wird. Ein solcher Blitz dauert etwa 10 Femtosekunden (0,00000000000001 s). Die Belichtungs zeit einer normalen Kamera beträgt ca. 1 Hundertstelsekunde (0,01 s) – der SwissFEL hat mit 10 Femtosekunden somit eine tausend Milliarden (1 Billion) mal kürzere Belichtungszeit! Mit dem SwissFEL wird man «fotografieren» können, wie Moleküle eine neue Verbindung eingehen. Textauszug: © PSI MOTOREX MAGAZINE 102 I JULI 2014 13
