VAT-Vakuumventile jagen nach seltenen Isotopen
Der leistungsstärkste Schwerionenbeschleuniger der Welt wurde am 2. Mai 2022 in der Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) der Michigan State University in East Lansing, Michigan, eingeweiht. Schnellschlussventile von VAT tragen dazu bei, die Ultrahochvakuum-Umgebung des FRIB zu sichern.
Der Schwerionenbeschleuniger des FRIB schiesst einen starken Strahl stabiler Isotope, in der Regel ionisierte Uranatome, mit halber Lichtgeschwindigkeit durch einen 450 Meter langen Beschleunigertunnel, bevor er auf sein Ziel, ein sich drehendes Graphitrad prallt. Es dreht sich, um eine Überhitzung an einer bestimmten Stelle zu vermeiden. Die meisten Ionen passieren den Graphit, aber einige stossen mit den Kohlenstoffkernen zusammen, wodurch die ionisierten Uranatome in kleinere Kombinationen von Protonen und Neutronen oder in seltene Isotope zerfallen.
Die seltenen Isotope sind dabei das primäre Ziel.
Von den etwa 10.000 Isotopen-Varianten, die bei einem solchen Zerfall theoretisch erwartet werden, konnten bisher nur etwa 3.000 untersucht werden, da viele nur in sehr geringer Zahl und nur für Bruchteile einer Sekunde existieren. FRIB soll dies ändern.
Seltene Isotope sind zu einem immer wichtigeren Werkzeug für wissenschaftliche Untersuchungen geworden. Diese reichen von Anwendungen in der Kernphysik, über die Biologie bis zur Medizin.
"Der supraleitende Linearbeschleuniger im Herzen des FRIB wurde entwickelt, um diese seltenen Teilchen in grösserer Zahl zu erzeugen und damit Wissenschaftlern die Möglichkeit zu geben, mehr dieser Isotope zu untersuchen", sagt Chris McCarthy, VAT Account Manager am FRIB. "Mit FRIB können Wissenschaftler die Natur dieser Isotope besser verstehen sowie deren Wechselwirkung mit anderen Elementen. Neben zusätzlichen Erkenntnissen über den grundsätzlichen Aufbau der Materie wird erwartet, das damit bestehende Anwendungen von Isotopen z.B. in der Strahlenedizin, im Bereich der Nuklearsicherheit, oder der Umweltwissenschaften verbessert werden können."
Der FRIB-Beschleuniger arbeitet in einer Ultrahochvakuum-Umgebung (UHV), um die Wechselwirkung des Ionen-Strahls mit Restmolekülen zu minimieren. Der Hauptbeschleunigertunnel und die einzelnen Experimentierkorridore sind mit VAT Sektorventilen sowie VAT Schnellschlussventilen ausgerüstet. Während die Sektorventile zur hermetischen Abtrennung einzelner Abschnitte der Anlage dienen, z.B. der Belüftung von Experimentierkammern für die Einrichtung von Versuchen, dienen die Schnellschlussventile der Sicherheit.
"Seit dem Beginn des FRIB-Projekts vor 14 Jahren hat VAT mit dem FRIB-Team zusammengearbeitet, um Ventillösungen für alle wichtigen Teile des Beschleunigers auszulegen und bereit zustellen", erklärt Chris McCarthy. "Neben den eingesetzten Sektorventilen sind es vorallem auch die verwendeteten Schnellschlussventile, die hier eine besondere Aufmerksamkeit erfahren haben. Die installierten VAT Schnellschlussventile der Baureihe 75.0 dienen als Sicherheitsventile, die nur im Falle einer Fehlfunktion z.B. einer Leckage aktiviert werden.
Aufgrund ihrer extrem schnellen Schließgeschwindigkeit können sie die Ausbreitung einer Leckage bzw. eines Vakuumverlustes gut eindämmen. Die Schnellschlussventile der VAT Baureihe 75.0 werden in Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt eingesetzt, da sie auch über längere wartungsfreie Zeiten zuverlässig funktionieren und wie die Sektorventile den hohen Strahlungswerten und hohen Temperaturen innerhalb der UHV-Umgebung des Beschleunigers widerstehen können."
