Montag, 7. August 2017

PETRA geht nach dem Sommer-Shut-Down wieder in Betrieb

Im Shut-Down wurden unter anderem beide Plunger von Cavity 1 PETRA-Süd-Links ausgetauscht. Nach dem Austausch wurde unverzüglich mit der Vakuum-Konditionierung begonnen. Die Konditionierung erfolgte mit gepulster HF und zusätzlicher Frequenzmodulation.

2016 wurde dagegen kurz nach dem Plunger-Tausch bei SL-Cy2 unverzüglich wieder mit dem Strahlbetrieb begonnen. Die HF-Leistung des Systems Süd-Links und der Strahlstrom wurden dabei im Laufe mehrerer Tage auf die Nennbetriebsdaten hochgefahren.

Der Vergleich zeigt, dass 2016 der Vakuumdruck etwa 3 Wochen nach dem Plunger-Tausch um den Faktor 2 niedriger war.
Vermutlich konditioniert der Strahlbetrieb effektiver als Puls/FM-Konditionierung.


In den nachstehenden beiden Abbildungen ist der Konditioniererfolg im Vergleich zum Plunger-Tausch bei Cavity 2 in 2016 dargestellt.


Obere Abbildung: Vakuumkonditionierung nach dem Austausch der Plunger von Cavity 2 (PETRA-Süd-Links).
Untere Abbildung: Vakuumkonditionierung nach dem Austausch der Plunger von Cavity 1 (PETRA-Süd-Links).
Farblegende:
Rot: Strahlstrom
Blau: Senderleistung
Gelb: Vakuumdruck von Cavity 2
Grün: Vakuumdruck von Cavity 1



HF-Konditionierung

Konditionierparameter:
Pulsfrequenz: 10 Hz
Tastverhältnis: 60%
FM: 400 Hz 

Frequenzhub: +/- 15 kHz

Blau: Gepulste Senderleistung
Rot: Durch FM amplitudenmodulierte Cavity-Spannung (Summe von 6 Cavities)
Zoom in eine Pulsflanke. Man kann hier deutlich die durch die FM amplitudenmodulierte Cavity-Spannung erkennen.
In grün ist zusätzlich die ebenfalls durch die FM amplitudenmodulierte reflektierte Leistung dargestellt.

Donnerstag, 22. Juni 2017

Halbleiterverstärker versus IOT

Auf der Suche nach geeigneten HF-Leistungsquellen für einen künftigen CW-Betrieb des XFEL werden IOTs und Halbleiterverstärker (Solid State Amplifier -SSA-) untersucht. Der Prototyp eines 1,3-GHz-SSA wurde von Cryoelectra gebaut und geliefert und wird gegenwärtig messtechnisch untersucht.

Halbleiterverstärker und IOTs haben jeweils Vor- und Nachteile, die zur Entscheidungsfindung gegeneinander abzuwägen sind. Derzeit sind größere HF-Leistungen im L-Band mit IOTs noch wesentlich preisgünstiger zu produzieren als mit Halbleiterverstärkern. Halbleiterverstärker kosten bei gleicher Leistung etwa das Fünffache von IOT-Verstärkeranlagen. Auch der Wirkungsgrad ist bei dem hier untersuchten Prototyp Halbleiterverstärker noch niedriger als bei unserer IOT-Verstärkeranlage.
Allerdings ist das Entwicklungspotenzial bei Halbleiterverstärkern vermutlich deutlich größer als bei IOTs. Der Wirkungsgrad ließe sich beispielsweise durch eine Arbeitspunktverschiebung von AB nach B oder C vergrößern und der Preis durch hohe Stückzahlen reduzieren.


Der Prototyp Halbleiterverstärker Typ CRE-350 soll nach Beendigung der messtechnischen Untersuchung als HF-Quelle zum Test einer neu entwickelten supraleitenden Photokathoden-Gun eingesetzt werden.



Prototyp Halbleiterverstärker Typ CRE-350 für 1,3 GHz, 4 kW von Cryoelectra





Freitag, 5. Mai 2017

Senderhalle HERA-West wird geräumt

Kurz nach der Abschaltung von HERA im Jahr 2007 begannen in der Senderhalle HERA-West die Vorbereitungen für das Experiment ALPS. Anfangs war an eine vorübergehenden Nutzung einer Freifläche in der Senderhalle gedacht. Im Laufe der Jahre vergrößerte sich jedoch der Platzbedarf. Zuletzt kam der Wunsch auf, die gesamte Hallenfläche nutzen zu können. Dazu sollten die Senderanlagen abgebaut werden. Das war allerdings nicht ohne weiteres möglich, da die Vorbereitungsbauten für das Experiment ALPS unter der Kranbahn des Hallenkrans aufgebaut worden waren. Um die Klystrons aus der Halle zu schaffen musste daher zunächst der Hallenkran umgesetzt werden. Das ist mittlerweile passiert und der Abbau der Senderanlagen hat begonnen. Die Klystrons sind Teil der Reserveausstattung für PETRA-III und werden zunächst in der Halle PETRA-Südost eingelagert.

Das erste der vier 800-kW-Klystrons vom Typ VKP-958A des kalifornischen Herstellers CPI (vormals Varian) wird in ein Transportgestell gekrant

Dienstag, 11. April 2017

Weitere 7-Zeller-Cavity erfolgreich konditioniert

Ein 2007 im Zuge des Umbaus von PETRA-II nach PETRA-III ausgebauter 7-Zeller wurde erfolgreich konditioniert. Der eigenliche Konditioniervorgang bis zum Erreichen von 100 kW Verlustleistung bei 100% Pulslänge benötigte etwa 30 Stunden und etwa 0,9 MWh HF-Arbeit (Cavity-Vorlaufleistung x Zeit).
Der 7-Zeller soll nach Brasilien an die neue Synchrotronstrahlungsquelle SIRIUS verkauft werden.

Freitag, 10. März 2017

Thermographie Hohlleitergebirge

Um das diagnostische Potenzial einer kürzlich angeschafften Smartphone-IR-Kamera auszuloten, wurden thermografische Aufnahmen einiger Anlagenkomponenten gemacht. Motivation ist die präventive Suche nach ungewöhnlichen Wärmequellen wie beispielsweise losen Kontakten, überlasteten Kabeln, unzureichenden Kühlungen.

Die Bilder erscheinen zunächst sehr eindrucksvoll. Bei näherem Hinsehen muss man aber erkennen, dass die farbliche Darstellung einer Komponente nicht direkt auf deren Temperatur schließen lässt, da der Emissionsgrad der Oberfläche eine wesentliche Einflussgröße darstellt. Der Emissionsgrad einer Oberfläche ist das Verhältnis der abgegebenen Strahlungsintensität zur Strahlungsintensität eines "schwarzen Körpers" derselben Temperatur.

Will man also ungewöhnlichen Wärmequellen entdecken, so muss man aktuelle Aufnahmen mit Referenzaufnahmen vergleichen.


Die Bilder zeigen das sogenannte Hohlleitergebirge der Senderanlage PETRA-Süd-Rechts. Auffällig sind insbesondere die in hellrot bis weiß abgebildeten Hohlleiter-Bellows. Die scheinbar hohe Temperatur kommt durch deren schwarze bzw. gelbe Kunsstoffbeschichtung zustande (hoher Emissionsgrad).



Die Bilder zeigen die Innereien eines geöffneten Klystron-Hilfsbetriebeschranks. Auch hier weist die rote Farbe nicht unbedingt auf eine hohe Temperatur, sondern meist auf einen großen Emissionsgrad hin.
Emissionsgrade einiger anlagentypischer Oberflächen:

  • Aluminium, poliert: 0,03
  • Aluminium, stark verwittert: 0,94
  • Kunststoffe (Kabel, Gehäuse, Folien) : 0,95
  • Kupfer, poliert: 0,006
  • Kupfer, schwarz oxidiert: 0,84











Donnerstag, 23. Februar 2017

Hohlleiterschalter am Sender DESY-Nord angebrannt

Am Dienstag wurde ein Wasserleck am Body-Kühlkreis des Klystrons festgestellt. Die Kühlleitung wurde in der Vergangenheit bereits zweimal in diesem Bereich geklebt. Da das Klystron bereits knapp 74.000 Heizstunden auf der Lebensuhr hat, wurde entschieden es gegen das bereitstehende Reserve-Klystron auszutauschen. Beim Einfahren des Reserve-Klystrons wurde dann der Hohlleiterschalter zur Umschaltung zwischen Synchrotron- und Teststand-Betrieb beschädigt. Da dessen Reparatur nicht unmittelbar erfolgen konnte, der Synchrotronbetrieb aber sichergestellt werden musste, wurde entschieden eine Hohlleiter-Umleitung zu bauen. Seit Donnerstag ist der Sender DESY-Nord wieder für den Strahlbetrieb bereit. Während der Reparaturarbeiten wurde das Synchrotron mit dem Sender DESY-Süd betrieben.

Geöffneter Hohlleiterschalter mit Brandspuren an der Schaltplatte

Bau der Umgehungsleitung für den defekten Hohlleiterschalter

Mittwoch, 1. Februar 2017

Ärger mit dem Cavity-Kühlwasser am Synchrotron

Ende letzten Jahres gab es am Synchrotron mehrere Pumpenausfälle. Dabei fiel auf, dass einige Durchflusswächter an den Cavity-Kühlkreisen nicht ordnungsgemäß arbeiteten. Es konnten zwei unterschiedliche Fehler ermittelt werden. Einer geht auf das HF-Konto. Wir hatten die mechanischen Abschaltschwellen bei einigen Durchflusswächtern zu niedrig eingestellt, so dass sie auch bei Q=0 nicht abschalteten. Der Fehler konnte leicht behoben werden; nicht so der zweite Fehler.
Es fanden sich durch Schmutz blockierte Durchflusswächter und dichtgesetzte Schmutzfänger. Als Ursache wurden Harzteilchen aus einem Ionenaustauscher identifiziert. Die Partikel waren vermutlich bei einem der Pumpenausfälle durch Rückfluss aus dem Ionenaustauscher entkommen und ins Kühlsystem gelangt.

Das Problem ist bis heute noch nicht ausgestanden. Es finden sich immer wieder Durchflusswächter die nicht sauber schalten. Wir werden uns wohl noch einige Service-Tage diesem Problem annehmen müssen.


Dienstag, 17. Januar 2017

Erste Cavity erfolgreich konditioniert

Unser neuer Cavity-Teststand war bereits seit November fertiggestellt, konnte aber aus formalen Gründen noch nicht in Betrieb genommen werden.
Am 22.12.2016 war es dann endlich soweit. Die Cavity sieht erste HF-Pulse. Das Konditionieren beginnt mit 100 µs Pulslänge. Die Pulsfrequenz beträgt 50 Hz. Innerhalb von 2 Stunden sind 100 kW Spitzenleistung bei einer Pulslänge von 100 µs erreicht. Da die vom Cavity reflektierte Leistung etwas hoch erschien, wurde das Konditionieren nach 185 Minuten unterbrochen, um mittels Hohlleiterblende die Anpassung zu verbessern.
Nach der Weihnachtsunterbrechung wurde die Konditionierung am 9. Januar 2017 fortgesetzt. Am 10. Januar wurde dann ab der 370. Minute die Pulslänge unter Beobachtung des Cavity-Vakuums erhöht. Die HF-Leistung wurde dabei vor jeder Pulslverängerung herunter gesetzt und anschließend wieder bis auf 250 kW hochgerampt.
Am 11. Januar wurde dann vom Pulsbetrieb auf den sogenannten Pendelbetrieb übergegangen. Im Pendelbetrieb ist der Duty-Faktor konstant und die HF-Leistung pendelt zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert hin und her. Zweck des Pendelbetriebes ist, mögliche Multipacting-Bereiche immer wieder relativ langsam zu durchfahren, so dass sie konditioniert werden. Zur Vermeidung starker Gasentladungen wird dabei ein Duty-Faktor <100% (hier 75%) gewählt. In der Pulslücke wird freigesetzten und im HF-Feld gefangenen Ladungen Gelegenheit zum "Verduften" gegeben.

Der eigenliche Konditioniervorgang war bei dieser Cavity nach etwa 20 Stunden abgeschlossen. Die folgenden 13 Stunden wurden damit verbracht Leistungsdaten der Cavity bei unterschiedlichen Kühlwasserverteilungen aufzunehmen.

Als Maß für den Vergleich von Konditioniervorgängen verschiedener Cavities haben wir die HF-Arbeit (Cavity-Vorlaufleistung x Zeit) auserkoren. Dieses erste Exemplar benötigte etwa 0,7 MWh und für die anschließenden Hochleistungsmessungen eine weitere MWh.