Dienstag, 31. Dezember 2013

PETRA-III, das vierte Betriebsjahr 2013


Mit der zufälligen Entdeckung eines bereits bei niedriger HF-Leistung leuchtenden Einkopplers im Mai 2011, stellte sich die Frage, ob auch andere oder gar alle Einkoppler ab einer gewissen HF-Leistung leuchten. Da eine direkte Beobachtung oberhalb von 40kW/Cavity oder sogar im Strahlbetrieb aus Gründen des Strahlenschutzes nicht möglich war, wurde an einer kamerabasierten Lösung gearbeitet. Die erste Kamera wurde bereits Mitte Dezember 2012 an der bekanntermaßen leuchtenden Cavity SL_Cy4 in Betrieb genommen. Nach erfolgreichem Probebetrieb wurden dann bis November 2013 sukzessive alle Cavities mit Kameras ausgerüstet. Noch im Januar wurden Leuchterscheinungen bei Cavity SL_Cy3 entdeckt.

Zur Befestigung der Kameras an den mit Quarzfenstern bestückten Schauglasflanschen der Cavities wurden Aluminiumkappen konstruiert. In die Aluminiumkappen wurden LED-Leuchten integriert, um einerseits die Lichtdetektoren des Einkoppler-Interlocks testen zu können und andererseits die Einkoppler vakuumseitig per Kamera inspizieren zu können. Durch diese Modifikation offenbarte sich ein bisher unerkanntes Problem, das mit den bisher an diesen Stellen verbauten PVC-Kappen nicht aufgetreten war.
 
Am 9. Juli wurden in sechs der 12 Schauglasflansch-Aluminiumkappen durch Wärmeeinwirkung beschädigte Elektroniken entdeckt. Am 24. Juli bracht dann noch das Quarzfenster der Cavity SL_Cy3. Die Ursache wurde kurz darauf gefunden. Die Quarzfenster hatten sich durch HOMs extrem stark erhitzt und so die vorgefundenen Schäden verursacht. Bei 80mA in 40 Bunchen wurden 210°C gemessen. Jetzt war auch klar, was ursächlich für den Bruch des Quarzfensters an Cavity SR_Cy3 vor mehr als zwei Jahren, am 11.5.2011, war. Der herstellerseitig zulässige Temperaturgradient der eingesetzten Quarzfenster beträgt 3°C pro Minute und war bei Strahl-Dumps von 80mA in 40 Bunchen um den Faktor 10 überschritten worden.



Zum Schutz der Quarzfenster vor Aufheizung durch HOMs wurden auf die Schnelle HF-Masken konstruiert. Die Bohrungen sind für Kamera, LED-Beleuchtung und Licht-Detektor.



Am 4. September wurde auch die Cavity SR_Cy2 mit einer Kamera ausgerüstet. Anfänglich war im Strahlbetrieb mit 100mA in 960 Bunchen kein Leuchten erkennbar. Ab dem 3. Oktober, nach Umstellung auf 85mA in 40 Bunchen, wurde ein kaum sichtbares, schwaches Leuchten registriert, das aber keine weiteren Effekte nach sich zog. Am 26. Oktober, im Strahlbetrieb mit 100mA in 40 Bunchen wurde das Leuchten plötzlich intensiver (siehe Abb. 6). Die Intensität schwankte periodisch um den Faktor zwei, synchron zur Temperatur von SR_Cy2 (die allerdings nur um wenige 1/10 °C  schwankte). Die mittlere Intensität wuchs über die nächsten Tage an. Am Servicetag 6. November wurde die Leuchterscheinung untersucht. Es zeigte sich, dass ab einer Cavity-Temperatur von 44°C das Leuchten schlagartig erlosch. Da bei dieser Temperatur die Temperaturregelung an der Grenze war, wurde versucht durch Verstimmen der Cavity einen Zustand zu erreichen, der störungsfreien Betrieb gewährleistete. Das gelang jedoch nur für einige Stunden. Dann begannen sich die Ausfälle, ausgelöst durch das Einkoppler-Licht-Interlock zu häufen. Am Freitagmorgen den 8. November war klar, dass der Einkoppler ausgetauscht werden musste. Am Samstagabend war das gröbste überstanden und der Strahlbetrieb konnte wieder anlaufen; die ersten Tage allerdings nur mit reduzierten 80mA in 40 Bunchen. Der ausgebaute Einkoppler zeigte zwar allerhand ungewöhnliche Spuren auf den Kupferoberflächen, aber keine, die auf eine klare Ursache der Probleme schließen ließen.


Kamerabilder leuchtender Einkoppler vom 31.10.2013. Die Einkoppler in den beiden oberen Abbildungen leuchten bereits mindestens seit Mai 2011 (PE_SL_Cy4) bzw. Januar 2013 (PE_SL_Cy3) ohne dass bisher andere negative Effekte beobachtet wurden. Die untere linke Abbildung zeigt den Einkoppler von PE_SR_Cy2, der zwei Wochen nach dem Auftreten der Leuchterscheinung wegen häufiger Licht-Interlocks ausgewechselt werden musste. Auf allen vier Abbildungen sind gelb leuchtende Punkte erkennbar, über deren Ursache noch spekuliert wird.