View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

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entlang der gesamten Struktur, während die dritte Lanze durch die Strahlöffnungen speziell
den kritischen Bereich der mittleren Abflachung spült. Bei der Auslegung wurde bereits der
Kleinseriendurchsatz von 44 Kavitäten berücksichtigt und eine Wasseraufbereitungsanlage
entsprechend der Spüldauer dimensioniert. Aus den Felddarstellungen in Abb. 4.8 und Abb.
4.9 erkennt man sehr leicht die kritischen Flächen. Besonders weisen die Bereiche der
Strahlöffnungen und der Übergangsbereich eine hohe elektrische Feldstärke auf und erfordern
daher eine Beseitigung der aufliegenden Fremdpartikel zur Vermeidung der Feldemission. Im
Bereich hoher magnetischer Felder wird eine gute Reinigung angestrebt, da dort zum einen
durch Fremdpartikel zusätzliche Wärmeverluste im Bereich hoher Ströme entstehen und die
Quenchgefahr erhöhen, und zum anderen diese Fremdpartikel als Feldemitter maßgeblich das
Multipacting mit beeinflussen.
Die Auslegung der optimierten Hochdruck-Spülanlage berücksichtigt diese Gefahrenpunkte,
allerdings ergeben sich aufgrund der komplexen Struktur Bereiche mit schlechtem
Wasserablauf (Abb. 4.15). Diese Bereiche erfordern eine besondere Beobachtung, da sich dort
sehr leicht Ablagerungen von entfernten Partikeln oder Salzen niederschlagen. Eine
anschließende Reinstwasserfüllung mit nachfolgender, kontrollierter Trocknung im Reinraum
kann dieses Problem allerdings minimieren.
Zur chemischen Bearbeitung der Prototypen wurde das bekannte BCP-Verfahren (Buffered
Chemical Polishing) eingesetzt. BCP benutzt eine Mixtur aus Flusssäure (HF), Salpetersäure
(HNO3) und Phosphorsäure (H3PO4) im Verhältnis 1:1:2.
Bei der starken exothermischen Reaktion der Säuren mit der Resonatoroberfläche entstehen
große Mengen von Gasen, darunter vornehmlich Wasserstoff, der durch die sich ergebenden
hohen Temperaturen leicht ins Niob eindringen kann. In Abhängigkeit der Abkühlprozedur
kann es durch diesen Wasserstoff zu einer drastischen Reduktion der Leerlaufgüte Q0 des
Resonators kommen. Dieser Effekt wurde erstmals in den 80er Jahren entdeckt und trägt den
Namen Q-Desease [Bonin91]. Daher wird eine chemische Politur im Durchflussverfahren mit
Regulierung der Säurentemperatur notwendig. Die Abrundungen an den Endkappen der HWR
reduzieren dabei die Gefahr von Verwirbelungen und ermöglichen eine gleichmäßige
Strömung der Säuren an jedem Oberflächenpunkt der Kavität.
Die während der mechanischen Bearbeitung auftretenden Beschädigungen der Niob
Oberflächen sowie Fremdeinschlüsse durch die Umformverfahren erfordern einen Abtrag von
min. 120 µm.
Für den Prototyp vom Typ II wurde insbesondere die Möglichkeit der Elektropolitur (EP)
untersucht. Trotz der recht komplizierten Geometrie der HWR ist eine Elektropolitur möglich
[Henkel03]. Während bei einer chemischen Politur vornehmlich die Korngrenzen angegriffen
und gerundet werden, erlaubt die Elektropolitur eine Glättung der gesamten Oberfläche und
führt somit zu einer merklichen Reduzierung des Oberflächenwiderstandes. Hierbei wird wie
beim reinen BCP-Verfahren eine gesamte Abtragung von 120 µm angestrebt. Dazu werden
zunächst 70 µm über BCP geätzt und anschließend eine 50 µm Schicht über EP entfernt.