Als die Teilchen laufen lernten - Pedro Waloschek Homepage

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Kasten 10
Das Vakuum der Speicherringe
Gaedes Vakuumpumpen aus Wideröes Zeit in Karlsruhe konnten
im besten Fall einen Druck von 10 -6 Millibar in einem gut verschlossenen
Gefäß aufrechthalten. Dies reichte knapp aus, um Betatrons,
Zyklotrons, Synchrotrons und Linearbeschleuniger zu betreiben. In
all diesen Maschinen ist ein Beschleunigungsvorgang im Bruchteil
einer Sekunde abgeschlossen.
Die Lage ändert sich grundsätzlich, wenn man versucht, Teilchen
über längere Zeit in einem Ring zu speichern. Man muß
mindestens einen Faktor Hundert besser werden. Hier zeigte sich
bald, daß nur dort, wo es besonders gute Vakuumspezialisten gab,
solche Apparaturen gebaut werden konnten.
Die Lage ändert sich noch einmal, wenn man 10 10 Elektronen
oder Positronen speichern will: Die entstehende Synchrotronstrahlung
wärmt das Vakuumrohr sehr stark auf, und dabei entweichen
Gase, die an jeder Metalloberfläche angelagert sind. Mit
Wasserkühlung wird die Wärme abgeführt, aber die Gase müssen
abgepumpt werde. Es dauert oft viele Wochen, bis das Vakuum für
den Betrieb eines Speicherringes ausreicht, also bei eingeschaltetem
Strahl mindestens etwa 10 -8 Millibar entspricht. Und es muß
auch dauernd weitergepumpt werden.
Die Synchrotronstrahlung der Protonen ist (bei den heute erreichbaren
Energien) vernachlässigbar, und es gibt praktisch keine
Aufwärmung der Vakuumkammer. Am Speicherring HERA bei
DESY [Wa91] wird das 6 km lange Vakuumrohr des Protonenstrahls
auf 4,2 Kelvin kalt gehalten. Es wirkt dann so ähnlich wie
eine sogenannte Kryopumpe: Etwa noch vorhandene Gase kondensieren
an der Oberfläche. Das Vakuum ist dann so gut, daß man es
nicht mehr messen kann, was 10 -11 Millibar entspricht (oder besser).
Die mittlere Lebenszeit des Protonenstrahls beträgt dann über
50 Stunden.
Viele technische und industrielle Innovationen waren nötig, um
solch einen Fortschritt in der Vakuumtechnik zu erreichen und
somit den Bau moderner Speicherringe möglich zu machen. Es
werden praktisch nur mehr metallische Bauteile benutzt. Kunststoffe
aller Art, Öl und Quecksilber, gehören der Vergangenheit an.
Vakuumdichte Schweißnähte, Flansche und Hartlötverfahren kommen
zum Einsatz. Die Lecksuche bei dem sogenannten »Ultrahochvakuum«
hat sich zu einem Beruf für Könner entwickelt.