Csúcstechnológiai lézerkutatás

(Forrás: Fraunhofer IPA; Fotó: Martin Salajka)

(Forrás: Fraunhofer IPA; Kép: Martin Salajka)

(Forrás: Fraunhofer IPA)

(Forrás: Fraunhofer IPA)

Prága közelében, a cseh főváros közelében jelenleg az EU forrásaiból épül a világ legnagyobb lézerközpontja: „Extreme Light Infrastructure” (ELI). Néhány éven belül a tudósok világszerte hozzáférhetnek az alapkutatáshoz.

Ami a CERN-t jelenti a részecskefizikusok számára, az az ELI lesz a lézerkutatásban. Már az építkezés, amely több százmillió euróba kerül, eddig ismeretlen kihívások elé állítja a szakértőket. A probléma: a labda méretű berendezés nagyon érzékeny a szennyeződésekre. A magasenergetikus lézersugarak, amelyek ultranagy vákuumon haladnak át, részecskéket és gázokat égetnének be a falakba vagy szintereznének, azaz anyagokká alakulnának, amelyek bevonatszerű réteget képeznek. A tükrök elfordulnának, és az egész berendezés használhatatlanná válna. A tisztaság ezért a legfőbb követelmény. A szabványok szigorúak: csak 100 nanogramm szerves szennyeződés lehet a belső felületeken négyzetméterenként, ami mindössze néhány molekuláréteg. Tovább nehezíti a helyzetet, hogy Európa számos különböző cége szállítja az alkatrészeket, a padlótól a korrózióvédő szerig, a acélgerendától a szigetelőanyagig. Mindannyian szigorúan be kell tartaniuk a tisztasági normákat. „Ez hatalmas erőfeszítést igényel” – mondja Markus Keller, a Fraunhofer IPA tisztasági szakértője.

A Fraunhofer IPA támogat

Sok vállalat fordult már az IPA-hoz – és egyre többen vannak. Mert a stuttgarti intézet nemcsak a világ legnagyobb ISO 1-es tisztatérrel rendelkezik, hanem szakértői minden kérdésben rendelkeznek a szükséges know-how-val a tisztaság terén. És ebben a projektben, amelyet Keller vezet, minden részletre szükség van, a tisztítási folyamatoktól a validálásig, a tiszta csomagolástól a képzésekig. Szerves szennyeződésekre és részecskékra egyaránt figyelni kell. És arra is, hogy ne használjanak ki gázképző anyagokat, mint például az autókban használt műanyagok. A módszertan ennek megfelelően sokoldalú. Néhány alkatrészt, például egy fél tonnás vákuumkapcsolót, Stuttgartban tisztítanak, gondosan csomagolnak, és útnak indítanak. A sváb tisztítómesterek speciális fóliát használnak a csomagoláshoz, amit a gyártó kifejezetten az IPA számára készített tisztatérben. Más alkatrészek esetében túl bonyolult lenne a szállítás. Csak az szükséges, hogy több mint 100 rozsdamentes acélcső legyen, mindegyik 6 méter hosszú és 40 centiméter vastag. Ezeken keresztül fog később haladni a lézersugár ultranagy vákuumban. Ezeket a csöveket csak helyben lehet összekötni, ehhez ideiglenes tisztatér szükséges. Ez azt jelenti: falburkolat, padló, korrózióvédelem – semmi sem szabad, hogy gázt fejlesszen ki ebben a környezetben. Az IPA laboratóriumi vizsgálatok segítségével keresi az optimális építőanyagokat. A különbségek jelentősek: például egy átlagos ipari padló körülbelül 10 000-szer annyi gázt bocsát ki, mint egy tisztatéri padló.

Stuttgarti elemzések

A legnagyobb kihívás természetesen a belső terek, csövek és elosztókamrák, ahol később a lézerek haladnak át. Ezeknek a legmagasabb követelményeknek kell megfelelniük. Ez azt jelenti: a gyártónak tisztára kell őket mosnia, hermetikusan csomagolnia, és Csehországban tisztán összeszerelnie. Ellenőrzés nélkül ez nem lehetséges. A tisztítás oldószerkeverékkel történik, amellyel az alkatrészeket leöblítik. Ezután jön az IPA – és egy folyamatos szállítás egész Európán át. Az intézet először extrém tiszta edényeket küld a gyártó céghez, akik megtöltik őket mintáikkal a mosószerből. A mintákat visszaküldik Stuttgartba elemzésre. Itt Keller és csapata szűri a folyadékokat, majd megszámolja a részecskéket. Így nemcsak megállapíthatja, hogy a részecskeszám megfelel-e a szabványoknak, hanem optimalizálhatja a tisztítási folyamatot is. Az elemzések megmutatják, hogyan növekszik a tisztaság a tisztítás során, és mennyi öblítésre van szükség.

Az alkatrészek mellett a falakon szerves anyagok is megtapadhatnak, például ujjlenyomatok. Ezek ellen további ellenőrzések szükségesek. Az IPA szintén rendelkezik a szükséges, magas tisztaságú felszerelésekkel: kisebb felületekhez SWABokat, azaz csúcskategóriás vattapálcákat, nagyobb felületekhez WIPE-eket, magas tisztaságú törlőruhákat használnak. A kis dobozok, amelyekben a törlőruhák érkeznek, nem tűnnek high-tech termékeknek, mégis sok tudás és évek munkája van bennük. Mert mindenhol rejtőznek szennyeződések, amelyek szennyezhetik a ruhát vagy a dobozt. Az IPA még szállítási próbákat is végzett, és minden időjárási körülmény között szállították a tartályokat, hogy kizárják a változásokat az úton. A módszer hasonló a részecskék vizsgálatához: egy alkalmazott kinyitja a szállítótartályt, kivéve a mintát, áttörli egy előírt méretű felületen, majd gyorsan visszateszi a tartályba, amely oldószert is tartalmaz. Az elemzéseket ismét a stuttgarti labor végzi. Egy bizonyos mennyiségű oldószert megszárítanak, és megállapítják, mekkora az organikus szennyeződés. „Mi magunk is mérhetünk molekuláréteget” – mondja Keller.

Utólagos tisztítás kizárt

A Fraunhofer IPA szakértőinek feladatai közé tartozik a résztvevő vállalatok munkatársainak képzése is. Hiszen kevesen tudják, hogyan kell viselkedniük, hogy elkerüljék a szennyeződéseket – ráadásul ehhez a szakterülethez még nincs külön tanterv. És a szuperlézer nem tűri el a hibákat. Mindenesetre minden résztvevő számára ismeretlen terep ez a projekt. Az ELI Beamlines projektvezetői a legnagyobb félelmük a rendszerindítási kiesés. Két forgatókönyv lehetséges: nem sikerül elérni a szükséges vákuumot, mert anyagok gázt fejlesztenek, vagy a tükrök váratlanul bepárásodnak. Utólagos tisztítás nem lehetséges. Ha a berendezés egyszer megáll, hermetikusan zárva marad.

Kapcsolat:

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