Ricerca sulla laser pura

(Quella Fraunhofer IPA; Foto: Martin Salajka)

(Quella Fraunhofer IPA; Foto: Martin Salajka)

(Origine: Fraunhofer IPA)

( Fonte: Fraunhofer IPA)

Vicino alla capitale ceca Praga si sta attualmente creando con fondi UE il più grande centro laser al mondo: «Extreme Light Infrastructure» (ELI). Dovrebbe essere a disposizione dei ricercatori di tutto il mondo per la ricerca di base in pochi anni.

Ciò che il CERN rappresenta per i fisici delle particelle, dovrebbe diventare ELI per la ricerca laser. Già la costruzione dell’impianto, che costerà diverse centinaia di milioni di euro, presenta ai esperti sfide finora sconosciute. Il problema: l’apparecchiatura, grande quanto un campo da calcio, reagisce molto sensibilmente alle impurità. I raggi laser ad alta energia, che attraversano un ultravacuum, brucerebbero o indurrebbero le particelle e i gas sulle pareti, trasformandoli in materiali che si depositano come uno strato di rivestimento. Gli specchi di deviazione diventerebbero ciechi, e l’intero impianto inutilizzabile. La pulizia è quindi il massimo indispensabile. Le norme sono severe: si permette che sulle superfici interne aderiscano solo 100 nanogrammi di sporco organico per metro quadrato, cioè poche molecole. A complicare le cose, decine di aziende da tutta Europa forniscono i vari componenti, dal pavimento ai prodotti antiruggine, dalle traverse in acciaio ai materiali isolanti. Tutti devono rispettare scrupolosamente le norme di purezza stabilite. «È un grande impegno», dice Markus Keller, esperto di purezza presso il Fraunhofer IPA.

Il supporto del Fraunhofer IPA

Molte aziende si sono rivolte ormai all’IPA — e sempre di più. Infatti, l’istituto di Stoccarda dispone non solo del più grande ambiente sterile al mondo della classe di purezza dell’aria ISO 1, ma i suoi esperti possiedono anche le competenze necessarie in tutte le questioni di purezza. E in questo progetto, guidato da Keller, sono richieste tutte le sfaccettature, dalla pulizia alla validazione, dall’imballaggio pulito alla formazione. Si tratta sia di impurità organiche che di particelle. E si tratta di evitare materiali che emettono gas come la plastica di una macchina nuova. La procedura è quindi molto versatile. Alcuni pezzi, come una valvola di vuoto del peso di mezza tonnellata, vengono puliti a Stoccarda, accuratamente imballati e spediti. Gli esperti svebi usano per l’imballaggio una pellicola speciale, prodotta appositamente per l’IPA in una camera bianca. Per altri componenti, il trasporto sarebbe troppo complicato. Sono necessari più di 100 tubi in acciaio inossidabile, lunghi 6 metri e spessi 40 centimetri. In essi i raggi laser passeranno successivamente attraverso l’ultravacuum. Questi tubi possono essere uniti solo sul posto, per cui è necessario un ambiente sterile temporaneo. Significa: rivestimento delle pareti, pavimento, protezione antiruggine — nulla in questo ambiente può emettere gas. L’IPA cerca, con l’aiuto di test di laboratorio, i materiali da costruzione ottimali. Le differenze sono grandi: così, un normale pavimento industriale emette circa 10.000 volte più gas di un pavimento da camera bianca.

Analisi da Stoccarda

La sfida maggiore sono naturalmente gli ambienti interni, i tubi e le camere di distribuzione attraverso cui passeranno i raggi laser. Devono rispettare i requisiti più elevati. Ciò significa: il produttore deve pulirli, imballarli ermeticamente e montarli puliti in Repubblica Ceca. Senza controlli, ciò non è possibile. La pulizia avviene con una miscela di solventi, con cui vengono spruzzati i pezzi. Poi entra in gioco l’IPA — e un trasporto continuo attraverso l’Europa. L’istituto invia inizialmente recipienti estremamente puliti alla ditta di produzione, che li riempie con campioni del loro liquido di lavaggio. Per l’analisi, tornano a Stoccarda. Qui Keller e il suo team filtrano i liquidi e contano le particelle. In questo modo può non solo verificare se il numero di particelle rispetta le norme, ma anche ottimizzare il processo di pulizia. Infatti, le analisi mostrano come la pulizia migliori nel tempo e quanto a lungo bisogna spruzzare.

Oltre alle particelle, sulle pareti possono aderire anche sostanze organiche, come impronte digitali. Sono necessari ulteriori controlli. Anche qui l’IPA dispone di attrezzature di alta purezza: per le piccole superfici si usano swab, tamponi di alta qualità, per le superfici più grandi wipe, panni di alta purezza. Le piccole fiale in cui vengono inviati i panni non sembrano prodotti high-tech, eppure dietro c’è molta competenza e anni di lavoro. Ovunque si nascondono impurità che potrebbero contaminare il panno o il contenitore. L’IPA ha anche condotto test di trasporto, inviando contenitori in ogni condizione meteorologica, per escludere variazioni durante il viaggio. La procedura è simile a quella delle particelle: un dipendente dell’azienda di produzione apre il contenitore di trasporto, preleva il panno, pulisce una superficie di dimensione prestabilita e richiude tutto il più rapidamente possibile, anche con solventi. Per le analisi, sono di nuovo responsabili gli esperti di Stoccarda. Lasciando asciugare una quantità specifica di solvente, determinano quanto è grande l’inquinamento organico. «Possiamo anche misurare un molecola di più», dice Keller.

Esclusa la pulizia successiva

Tra i compiti degli esperti dell’IPA c’è anche quello di formare i dipendenti delle aziende coinvolte. Poiché pochi sanno come comportarsi per evitare contaminazioni — soprattutto perché non esiste ancora un corso di studi specifico per questo campo. E il superlaser non perdona errori. In ogni caso, tutti i partecipanti a questo progetto sono alla loro prima esperienza. I responsabili del progetto di ELI Beamlines temono più di ogni altra cosa un blackout all’avvio dell’impianto. Due scenari sono possibili: o non si raggiunge il vuoto necessario perché i materiali emettono gas, oppure gli specchi di deviazione si appannano improvvisamente. Una pulizia successiva non è possibile. Una volta che l’apparecchiatura è in funzione, rimane ermeticamente sigillata.

Contatti:

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