Hochleistungs-Strahlverschluss und Spaltsystem für Synchrotronstrahlung

 

Strahlverschlüsse für Synchrotronstrahlung dienen an Synchrotronstrahlungsquellen dazu, den Photonenstrahl hoher Leistungsdichte (~500W/mm2) und hoher Gesamtleistung (<15 kW) abschalten zu können. Hochleistungsspaltsysteme erlauben, die Strahlgröße mit einem Photonen absorbierenden Spalt zu kollimieren. Das kombinierte Strahlverschluss- und Spaltsystem für hochintensive Photonenstrahlen vereinigt die beiden Funktionen in einem Gerät.

Problemstellung

In Synchrotronstrahlungslaboratorien wird mit Teilchenbeschleunigern gezielt hochintensive Synchrotronstrahlung erzeugt. In den Photonenstrahlführungen muss vor dem Experiment ein Strahlverschluss und Spaltsystem angeordnet sein, um den Strahl abschalten zu können, und die Strahlgröße mittels eines Spaltsystems einstellen zu können
Es wurden bisher getrennte Systeme für das Abschalten des Strahls und die Strahlgrößeneinstellung entwickelt. Der Neubau der PETRAIII Strahlführungen machte eine Neuentwicklung möglich, die die beiden getrennten Systemeigenschaften in einem System vereinigt.
Der hierbei erzielte technische Fortschritt steht jetzt patentrechtlich geschützt für industrielle Anwendung zur Verfügung.

Innovation

Zwei Wasser gekühlte Hochleistungsabsorber werden jeweils horizontal und vertikal verfahrbar gelagert. Sie bilden ein horizontal und vertikal einstellbares Spaltsystem. Die Entkopplung der Spaltbacken von dem angrenzenden Ultrahochvakuumsystem erfolgt durch Membranbälge.
Mittlere Leistungsdichten des zu kollimierenden bzw. zu verschließenden Photonenstrahls können größer als 500W/mm2 sein.
Die vertikale Spaltöffnung lässt sich durch eine Antriebseinheit symmetrisch verstellen. Die Kopplung der vertikalen Spaltverstellung ermöglicht eine symmetrische Spaltverstellung und Spaltverschiebung.
Der Spaltbackenantrieb ermöglicht eine unabhängige sehr präzise Feinverstellung der horizontalen und vertikalen Spaltgröße. Durch den in die vertikale Spaltverstellung integrierten Pressluftzylinder, ist ein schnelles Öffnen und Schließen des Spaltes möglich. Es wird dadurch ein separater Hochleistungsstrahlverschluss (Photonenshutter) eingespart.

Vorteile

  • Das Antriebssystem spart durch die Integration zweier Systeme Einsparung einen Hochleistungsstrahlverschluss ein.
  • Für hohe Leistungsdichten (~500W/mm2) und große Gesamtleistungen (<15 kW) ausgelegt
  • Einfaches Kühlsystem mit integrierter lokaler Strahlungsuntergrundabschirmung
  • Das System ist für die Ultrahochvakuumanforderungen von Synchrotronstrahlführungen geeignet.

Entwicklungsstand

Die Entwicklung und Herstellung des Hochleistungs-Strahlverschluss und Spaltsystems sind abgeschlossen. Das System ist in allen 14 PETRA III Strahlführungen im Einsatz.