Erste Undulatoren im SwissFEL-Gebäude

Die Sonne war noch nicht aufgegangen, als der Sondertransporter die Einfahrt zum Gebäude passierte. Aufgrund seiner empfindlichen Fracht war nur eine Nachtfahrt möglich gewesen. Eine ruhige Fahrt bei möglichst konstanter Geschwindigkeit musste gewährleistet sein. Jetzt hat sich der Transport-Container akklimatisiert und es ist so weit: Er wird geöffnet und das vier Meter lange und rund 16 Tonnen schwere Undulator-Gestell wird ausgeladen.

Frühmorgendlicher Aufbruch

Im April sind die ersten beiden von insgesamt zwölf Undulator-Gestellen der Firma MDC Max Daetwyler AG im Gebäude für den Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL angekommen, der neuen Grossforschungsanlage des PSI, die zurzeit im Würenlinger Unterwald gebaut wird.

Bei den Transporten wurde nichts dem Zufall überlassen. Die Fahrstrecke war zuvor genau inspiziert und einer kritischen Prüfung unterzogen worden: „Vor allem auf Bahnübergänge mussten wir hier besonders achten“, sagt Thomas Schmidt, Leiter Undulatorenentwicklung am PSI, der die Transporte, die von Ursenbach jeweils frühmorgens Richtung PSI aufgebrochen waren, begleitete.

Ankunft in Wohlfühl-Umgebung

Doch die Fracht ist nicht nur empfindlich gegenüber Erschütterungen. In den Undulatoren wird in der fertigen Anlage jenes Röntgenlicht in Laserqualität erzeugt werden, das wegen seiner hohen Brillanz neue Einblicke in Strukturen und Prozesse erlauben wird. Das geschieht, indem auf hohe Energie beschleunigte Elektronen durch eine spezielle Magnetanordnung auf eine Slalombahn geschickt werden. Pro Undulator sind dafür 1060 fein justierte Magnete in zwei Reihen angeordnet. Die Undulator-Gestelle werden bereits mit einem Steuerungssystem für die Magnete angeliefert. Dieses reguliert die Spaltbreite zwischen den Magnetreihen, die variiert werden kann und im späteren Betrieb zwischen 3 und 5 Millimeter betragen wird.

Nun werden die Undulatoren im SwissFEL-Gebäude fertigmontiert und magnetisch optimiert. Die für den einwandfreien Betrieb erforderliche hohe Präzision der Undulator-Komponenten erlaubt keinerlei Veränderung der Materialien, aus denen die Undulatoren zusammengesetzt sind. Dafür würden schon kleinste Temperaturschwankungen reichen. Daher weisen die Eingangsschleuse wie die für die Fertigmonate vorbereiteten Räume bereits die spätere Betriebstemperatur von 24 Grad Celsius auf. Der Transport-Container mit dem Undulator-Gestell bekommt Zeit sich zu akklimatisieren, bevor er geöffnet wird. „Das kann je nach Aussentemperatur eine halbe Stunde bis mehrere Stunden dauern“, sagt Johan Wickström, der die Transporte der Undulator-Gestelle ans PSI koordiniert und wie Thomas Schmidt die ganze Zeit vor Ort ist und das Transportteam tatkräftig unterstützt.

In die Endposition schweben

Während der Container geöffnet und das Undulator-Gestell an der Kranvorrichtung befestigt und ausgeladen wird, wird in der Umgebung laufend geputzt, gewischt und gesaugt. Für den Transport zur Endposition in der Montagehalle kommt ein Luftkissenfahrzeug zum Einsatz, das eigens für die Installation der Undulatoren entwickelt und gebaut worden war. Das Luftkissenfahrzeug ist dabei fast genauso empfindlich wie die Undulatoren selbst: Bereits kleine Metallspäne oder Kabelbinder können die Kissen beschädigen. Der Undulator schwimmt auf einem dünnen Luftfilm und kann somit fast reibungsfrei bewegt werden. Damit der Transport reibungslos funktioniert, muss der Boden auf eine Genauigkeit von vier Millimetern auf die gesamte Undulatorlänge geebnet sein. Denn käme der Undulator einmal ins Rutschen, könnte er kaum mehr gebändigt werden.

Eine kurze Schrecksekunde – die Lüftung ist ausgefallen. Doch zum Glück sind in der Phase der Anlieferung und der ersten Montagearbeiten die Bedingungen noch vergleichsweise locker. Die Temperatur darf um bis zu 2 Grad Celsius von der späteren Betriebstemperatur abweichen. Für das Betreten der Montagehalle reicht es, die staubigen Strassenschuhe auf einer speziellen Klebematte abzustreifen. Werden die Magnete dann fertig montiert, darf man nur noch durch eine Schmutzschleuse in den speziell dafür präparierten Raum. Die endgültige Feinoptimierung und Fertigmontage findet exakt auf die Bedingungen im Strahlkanal abgestimmt statt. Hier herrscht nur noch eine Temperaturtoleranz von plus/minus 0,1 Grad Celsius.

Nach Fertigmontage in den Beschleunigertunnel

Die Undulator-Gestelle werden ab jetzt etwa im Monatstakt ins SwissFEL-Gebäude gebracht. Rund ein halbes Jahr dauert die an mehreren Undulatoren parallel laufende Fertigmontage. Danach kommen die fertigen Undulatoren zur Installation in den Beschleunigertunnel der neuen Grossforschungsanlage des PSI. Die Installation der Anlagenteile beginnt dort Mitte des Jahres mit dem Einbau der Elektronenquelle. In ihr werden jene Elektronen erzeugt, die dann in einem Linearbeschleuniger auf hohe Energie und in den Undulatoren zur Abstrahlung des Röntgenlichts gebracht werden. Die Installationsarbeiten im Beschleunigertunnel werden insgesamt rund eineinhalb Jahre in Anspruch nehmen. Insgesamt zwölf Stunden dauert es, bis ein Undulator-Gestell den Weg von Ursenbach bis in die Montagehalle geschafft hat. Für Thomas Schmidt und Johan Wickström heisst es danach erst einmal ordentlich schlafen. Missen wollen sie diese Erfahrung aber trotz der nächtlichen Strapazen nicht: „So ein Transport ist ein ganz besonderes Erlebnis – und es ist schön zu sehen, wenn die akribische Vorbereitung Früchte trägt und alles perfekt klappt.“

Text: Paul Scherrer Institut/Martina Gröschl