Investigación pura en láser

(Quelle Fraunhofer IPA; Foto: Martin Salajka)

(Quelle Fraunhofer IPA; Foto: Martin Salajka)

(Fuente: Fraunhofer IPA)

(Fuente: Fraunhofer IPA)

Muy cerca de la capital checa Praga se está creando actualmente con fondos de la UE el centro láser más potente del mundo: »Infraestructura de Luz Extrema« (ELI). Deberá estar a disposición de científicos de todo el mundo en unos pocos años para la investigación básica.

Lo que CERN significa para los físicos de partículas, debería convertirse en ELI para la investigación láser. Solo la construcción de la instalación, que costará varios cientos de millones de euros, presenta a los expertos desafíos hasta ahora desconocidos. El problema: el aparato, del tamaño de un campo de fútbol, es muy sensible a las contaminaciones. Los haces láser de alta energía, que atraviesan un ultralto vacío, podrían quemar partículas y gases en las paredes o fusionarlos, es decir, convertirlos en sustancias que se depositan como una capa. Los espejos de desviación quedarían ciegos y toda la instalación inutilizable. Por eso, la limpieza es la máxima prioridad. Los requisitos son estrictos: solo se permite que en las superficies internas se adhieran 100 nanogramos de suciedad orgánica por metro cuadrado, que equivalen a unas pocas capas moleculares. Además, se complica porque decenas de empresas diferentes de toda Europa suministran los componentes, desde el revestimiento del suelo hasta el agente antióxido, desde el soporte de acero hasta el material aislante. Todas deben cumplir meticulosamente las normas de pureza establecidas. »Es un esfuerzo enorme«, dice Markus Keller, experto en pureza del Fraunhofer IPA.

El IPA del Fraunhofer apoya

Muchas empresas ya se han dirigido al IPA, y cada vez son más. Porque el instituto de Stuttgart no solo cuenta con la mayor sala limpia del mundo de clase de pureza del aire ISO 1, sino que sus expertos también poseen el conocimiento necesario en todas las cuestiones de pureza. Y en este proyecto, dirigido por Keller, se requieren todas las facetas, desde la limpieza hasta la validación, desde el embalaje limpio hasta la formación. Se trata tanto de contaminantes orgánicos como de partículas. Y también de que no se utilicen materiales que emitan gases, como el plástico en un coche nuevo. El procedimiento es igualmente versátil. Algunas piezas, como una válvula de vacío de medio tonelada de peso, se limpian en Stuttgart, se embalan cuidadosamente y se envían. Los expertos de Schwäbisch utilizan para el embalaje una película especial, producida específicamente para el IPA en una sala limpia. Para otros componentes, el transporte sería demasiado complicado. Solo se necesitan más de 100 tubos de acero inoxidable, cada uno de 6 metros de largo y 40 centímetros de diámetro. Por ellos, los haces láser pasarán posteriormente por el ultralto vacío. Estos tubos solo se pueden conectar en el lugar, para lo cual se requiere una sala limpia provisional. Esto significa: recubrimiento de paredes, revestimiento del suelo, protección contra la corrosión — nada en este entorno puede emitir gases. El IPA busca, mediante ensayos en laboratorio, los materiales de construcción óptimos. La diferencia es grande: un suelo industrial típico emite unas 10.000 veces más gases que un suelo de sala limpia.

Análisis desde Stuttgart

El mayor desafío, sin duda, son los espacios interiores, los tubos y cámaras de distribución por donde posteriormente pasarán los haces láser. Deben cumplir con los requisitos más estrictos. Esto significa: el fabricante debe limpiarlos, empaquetarlos herméticamente y ensamblarlos en Chequia de manera limpia. Sin control, esto no es posible. La limpieza se realiza con una mezcla de disolventes, con la que se rocía las piezas. Luego entra en juego el IPA, y un transporte constante de ida y vuelta por Europa. El instituto envía inicialmente recipientes extremadamente limpios a la empresa de producción, que los llena con muestras de su líquido de lavado. Luego regresan a Stuttgart para su análisis. Aquí, Keller y su equipo filtran los líquidos y cuentan las partículas. Así, no solo puede determinar si el número de partículas cumple con las normas, sino también optimizar el proceso de limpieza. Porque los análisis muestran cómo aumenta la limpieza durante el lavado y cuánto tiempo hay que rociar.

Además de las partículas, las sustancias orgánicas pueden adherirse a las paredes, como huellas dactilares. Para esto, se requieren controles adicionales. El IPA también dispone del equipamiento de alta pureza necesario: para superficies pequeñas, se utilizan hisopos SWAB, una especie de bastoncillos de alta gama, y para superficies mayores, paños WIPE, tejidos de alta pureza. Las pequeñas latas en las que se envían los paños no parecen productos de alta tecnología, pero detrás hay mucho conocimiento y años de trabajo. Porque en todas partes acechan contaminantes que podrían contaminar el paño o la lata. El IPA incluso realizó ensayos de transporte y envió envases por tierra en cualquier condición meteorológica para descartar cambios en el trayecto. El procedimiento es similar al de las partículas: un empleado de la empresa de producción abre el envase de transporte, extrae el medio de limpieza, limpia una superficie de tamaño determinado y vuelve a cerrar todo lo más rápido posible en el envase, que también contiene un disolvente. Para el análisis, nuevamente, se encargan los especialistas de Stuttgart. Dejan secar una cantidad determinada del disolvente y luego determinan cuánto daño orgánico hay. »Nosotros mismos podemos medir incluso una capa molecular«, dice Keller.

Rechazo a la limpieza posterior

Entre las tareas de los expertos del IPA también está capacitar a los empleados de las empresas involucradas. Porque casi nadie sabe cómo comportarse para evitar contaminaciones, especialmente porque no existe aún un programa de estudios para esta especialidad. Y el superláser no perdona errores. Además, todos los involucrados en este proyecto están en terreno desconocido. Los responsables del proyecto de ELI Beamlines temen nada más que un apagón al poner en marcha la instalación. Dos escenarios son posibles: no se podría alcanzar el vacío necesario porque los materiales emiten gases, o los espejos de desviación podrían empañarse de repente. No es posible una limpieza posterior. Una vez que la máquina está en marcha, permanece herméticamente cerrada.

Contacto:

Dr.-Ing. Markus Keller
Teléfono +49 711 970-1560
markus.keller@ipa.fraunhofer.de