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Fertigung von Komponenten für eine Elektronenstrahl-Ionenfalle (EBIT)

01.12.2015

Eine Elektronenstrahl-Ionenfalle (Electron Beam Ion Trap (EBIT)) konzentriert magnetische und elektrische Felder im Zentrum eines evakuierten Volumens. Die hierzu erforderlichen hochgenauen komplexen Teile für die Magnetpolschuhe und deren Innenleben, die sog. Driftröhren werden in der PTB im Rahmen eines gemeinsamen Projektes mit dem Max-Planck-Institut (MPI) für Kernphysik in Heidelberg konstruiert und gefertigt. In enger Zusammenarbeit von Ingenieuren und Fertigungstechnikern der PTB und mit den Physikern des MPI werden Konstruktionsdetails und zugehörige Fertigungsprozesse entwickelt.
Die zentrale Komponente der Elektronenstrahl-Ionenfalle ist ein sogenannter Kammerwürfel, der zum einen die Driftröhren zur Teilchenablenkung beinhaltet und zum anderen durch Fenster von außen einsehbar bzw. zu Messzwecken genutzt werden soll. Die mächtigen Magnetpolschuhe erzeugen ein sehr starkes Magnetfeld im Zentrum des Würfels.

Eine Aufgabe war das Entwickeln des Positionierkonzeptes und das hochgenaue Fertigen des Würfels mit den konischen Geometrien, die zusammen mit den zugelieferten Polschuhen im montierten Zustand nicht mehr als 50 µm Form- und Lageabweichung aufweisen dürfen. Drei von insgesamt vier solcher Würfel sind bereits gefertigt worden. Der 5-Achs-Fräsbearbeitung folgt eine sehr zeitaufwändige Senkerodierbearbeitung mit mehreren Elektroden. Zurzeit werden Prototypen zu den sogenannten Driftröhren gefertigt. Diese Driftröhren sind filigrane Bauteile, die aus eng tolerierten Metall- und Keramikteilen bestehen und die in der Summe wiederum nicht mehr als 50 µm Form- und Lageabweichung aufweisen dürfen. Das mehrfache reproduzierbare Umspannen dieser Teile zur Mehrseitenbearbeitung ist hierbei eine große Herausforderung. Mehrachsdreh- und Fräsbearbeitung sowie 5-Achsfräsbearbeitung kommen zum Einsatz und mussten in der Abfolge aufeinander abgestimmt werden.

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