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Vakuum steht im Mittelpunkt von Forschung und Entwicklung.

Von Pionierbereichen wie der Hochenergiephysik und Weltraumsimulation bis hin zu Anwendungen in der Grundlagenforschung, bei denen Vakuumpumpen für Experimente in universitären und privaten Laboren entscheidend sind.

Bei Edwards entwickeln wir Vakuumtechnologie, die genau diesen Anforderungen gerecht wird, sei es durch Standard- oder maßgeschneiderte Lösungen. Von der ersten Beratung zu Modellierung und Spezifikationen bis hin zu Implementierung und Support liefern wir sichere, stabile Vakuumumgebungen, die den komplexen und sich verändernden Anforderungen an Analyse und Erkennung gerecht werden.

Wir bieten ein komplettes Sortiment an Vakuumpumpen und Messröhren vom Atmosphärendruck bis zum Ultrahochvakuum (UHV) und darüber hinaus im Extremhochvakuum (XHV):

Vakuumsysteme für Hochenergiephysik

Vakuumsysteme für Synchrotrone, Zyklotrone und LINACs


Die Forschung im Bereich der Hochenergiephysik (HEP), auch Teilchenphysik genannt, ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit der Untersuchung der Elementarteilchen und der Wechselwirkungen zwischen ihnen bei extrem hohen Energien befasst. Für die HEP-Forschung werden in der Regel Teilchenbeschleuniger eingesetzt. Diese großen Anlagen verfügen über wissenschaftliche Instrumente, mit denen Teilchen auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und dann mit anderen Teilchen oder Zielen zusammengebracht werden. Durch die Analyse der Teilchen, die bei diesen Kollisionen entstehen, können Forscher mehr über die Eigenschaften und das Verhalten von Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen erfahren. Weitere Beispiele für HEP sind Synchrotrons, die hochintensive und kohärente Photonen erzeugen, die z. B. bei der Bestimmung komplexer Molekülstrukturen wie bei Proteinen eingesetzt werden.

Die Forschung zur Hochenergiephysik hat über die Jahre nicht nur zu vielen wichtigen wissenschaftlichen Entdeckungen geführt, sondern auch zur Entwicklung von Technologien wie der medizinischen Bildgebung und Krebsbehandlung beigetragen.

In der HEP werden Vakuumstufen des UHV oder niedriger eingesetzt, um Restgasmoleküle aus dem Weg der zu beschleunigenden Teilchen zu entfernen. Andernfalls verlieren die Teilchen Energie und ändern die Richtung durch die Gasmolekül-Teilchen-Streuung. Daher ist UHV erforderlich, um einen stabilen und kontrollierten Teilchenstrahl aufrechtzuerhalten.

Ansicht des Synchrotrons

Vakuumsysteme für Hochleistungs-Laserstrahlen

Hochleistungs-Laserstrahlen werden in zunehmendem Maße zur Erforschung eines breiten Spektrums von Bereichen eingesetzt, die von neuen Feldern der Grundlagenphysik bis hin zu Anwendungen in der Medizin, der Untersuchung von Materialien für Solaranlagen und dem Kernmaterialmanagement reichen.

Diese Laserstrahlen müssen sich durch mehrere Verstärker bewegen, um in kürzesten Zeitintervallen (10-18 Sekunden oder weniger) starke Impulse zu erzeugen. Die großen Vakuumsysteme, die für den Betrieb dieser hochintensiven Laserstrahlen erforderlich sind, sind äußerst komplex konstruiert. Die Vakuumstabilität ist von größter Bedeutung.

Bei Edwards haben wir uns mit unseren einzigartigen Werkzeugen, Techniken und unserer umfangreichen Erfahrung auf Vakuummodellierung spezialisiert. Dadurch können wir die richtigen Rohr- und Pumpenkonfigurationen auswählen, um sicherzustellen, dass die Anlage die Vakuumanforderungen der Experimente unserer Kunden erfüllt.

Bewegung von Mikroteilchen durch Laserstrahlen in dunklem Labor

Vakuumsysteme zur Gravitationswellenerkennung

Bei Gravitationswellen handelt es sich um Wellen in der Krümmung der Raumzeit, die von der Quelle, wie z. B. einem Doppelsternsystem, nach außen wandern. Die Erfassung dieser Wellen trägt dazu bei, die Erklärung der Schwerkraft nach Einsteins Relativitätstheorie zu bestätigen. Diese Wellen werden mit komplexen Interferometern auf dem Boden und potenziell im Weltraum nachgewiesen.

Es ist wichtig, dass die Observatorien, in denen sich die Interferometer befinden, absolut rein und extrem stabil sind, da sie sehr empfindlich auf kleinste Schwingungen reagieren.

Die Optik des gesamten Interferometers muss daher so perfekt wie möglich sein. Restgas würde die Messung beeinträchtigen, daher muss der Lichtstrahl unter Ultrahochvakuumbedingungen betrieben werden.

Gravitationswellen

Wir haben weltweit Interferometer mit Ultrahochvakuumpumpen ausgestattet. Der Virgo-Detektor in Italien nutzt trockenlaufende XDS-Scrollpumpen für seine Versuchsanordnungen, einschließlich Vorevakuierung und Ausheizen großer Kammern. Virgo verfügt über zwei 3 km lange Röhren mit einem Durchmesser von jeweils 1,2 m, die die größten Ultrahochvakuum-Gravitationswellenröhren in Europa und die zweitgrößten der Welt sind.

Das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ist ein groß angelegtes physikalisches Experiment mit Observatorien an zwei Standorten, die 3.000 km voneinander entfernt sind: Hanford Site, Washington, und Livingston, Louisiana, in den USA. Es war die erste Einrichtung, die Gravitationswellen aus dem All erkannt und ihre Beobachtung als Hilfsmittel in der Astronomie entwickelt hat. Wir arbeiten seit über 20 Jahren mit LIGO zusammen und liefern ölfreie trockenlaufende Pumpen und magnetgelagerte Turbomolekularpumpen der STP-Reihe.

Vakuumsysteme für die Kernfusionsforschung

Die Kernfusion ist der Prozess, bei dem Atomkerne zu einem Element höherer Atommasse zusammengefügt werden. Dabei wird eine große Energiemenge freigesetzt, die als Energiequelle dienen kann.

Die Forschung in diesem Bereich umfasst Versuche auf Grundlage von Fusion mittels magnetischen Einschlusses, wobei eine ähnliche Reaktion wie in der Sonne reproduziert werden soll, indem zwei Wasserstoffisotope, Deuterium und Tritium, verschmolzen werden, um Helium und energetische Neutronen zu erzeugen. In Fusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss müssen die Gasmoleküle auf sehr hohe Temperaturen von bis zu 100 Millionen Grad Celsius erhitzt werden, um ein kontrolliertes Plasma zu erzeugen.

Schöne künstlerische 3D-Darstellung der thermonuklearen Torus-Fusionsreaktorkammer.

Ein großer Teil der Kernfusionsforschung beschäftigt sich mit dem Verständnis des Verhaltens von Plasma.

Eine der größten Herausforderungen für Fusionsforscher und -ingenieure ist die Fähigkeit, den Plasmazustand durch Aufrechterhaltung des richtigen Vakuumdrucks beizubehalten.
Daher sind groß angelegte, effektive Vakuumsysteme erforderlich, die eine Ultrahochvakuumplattform in den großen Reaktorbehältern und auch im kryogenen System um die supraleitenden Magnetfeldspulen herum gewährleisten, die hohe Magnetfelder zur Begrenzung des Plasmas erzeugen. Sehr hohe Temperaturen, ionisierende Strahlung und hohe Magnetfelder stellen erhebliche Herausforderungen für Vakuumpumpen, Instrumentierung und andere Geräte dar.

Um diesen sich ständig verändernden Anforderungen gerecht zu werden, haben wir bei Edwards eine spezielle maßgeschneiderte Pumpe auf Grundlage unserer nEXT-Turbomolekularpumpen-Technologie konstruiert und entwickelt, die einen deutlich erhöhten Widerstand gegen Magnetfelder in Kombination mit Wartungsfreundlichkeit für den Endbenutzer bietet.

Die Trägheitsfusion ist ein weiterer Ansatz zur Bildung kontrollierter Plasmen. Edwards ist ebenfalls an der Bereitstellung kompatibler Vakuumtechnologien beteiligt.

Vakuumpumpen für Labore und Forschungseinrichtungen

Vom kleinsten Schullabor bis hin zu internationalen FuE-Projekten – Vakuum ermöglicht die Weiterentwicklung der Bildung und den wissenschaftlichen Fortschritt rund um den Globus. Ganz gleich, ob Sie eine einzelne Pumpe oder eine umfassende Pumpenlösung brauchen, unsere Experten stehen Ihnen zur Verfügung, um Sie bei jedem Schritt durch den Auswahlprozess zu begleiten.

Universitäten führen eine Vielzahl von Aktivitäten durch, die Vakuum erfordern. Diese variieren je nach Fachbereich und Abteilung.

 

Wissenschaftler, der Medizin-Teströhrchen oder Medizin-Fläschchen hält

Beispiele für typische Vakuumanwendungen in Universitätsfachbereichen sind:

Chemie

zur Unterstützung von Reaktionen unter Vakuumbedingungen, Aufgaben wie Ausgasung und Destillation

Physik und Materialwissenschaft

für eine Vielzahl an Versuchsanordnungen; zur Untersuchung von Gasen oder Plasmadynamik, zur Analyse der Oberflächen von Proben in kontrollierten UHV-Umgebungen oder zur Entwicklung von Quantentechnologien

Konstruktion

 zum Beispiel für Studien in den Bereichen Luft- und Raumfahrt und Tribologie

Biologie

für Anwendungen wie Filtration, Lyophilisierung (Gefriertrocknung) und Probenvorbereitung für die Elektronenmikroskopie

Umweltwissenschaft

zur Analyse von Luftproben und Überwachung von Verschmutzungsgraden oder Forschung zur CO2-Abscheidung in kontrollierten Umgebungen

Astronomie

zur Beschichtung von Teleskopspiegeln und Herstellung wichtiger Bauteile

Geologie

für Aufgaben wie die Analyse stabiler Isotope und die Extraktion von Flüssigkeiten aus Bodenproben

Medizin und biomedizinische Wissenschaft

bei Anwendungen wie der Gefriertrocknung pharmazeutischer Proben und modernen Bildgebungsverfahren

Nanotechnologie

zur Schaffung kontrollierter Umgebungen für die Fertigung und Charakterisierung von Materialien und Geräten im Nanobereich, einschließlich der nächsten Generation von Halbleitertechnologien.

Vakuumpumpen für Handschuhboxen

Vakuumpumpen werden in Handschuhboxen eingesetzt, um eine kontrollierte Atmosphäre für den Umgang mit luftempfindlichen Materialien zu schaffen und aufrechtzuerhalten und um die Sicherheit der Experimentatoren zu gewährleisten. Diese abgeschlossenen Arbeitsbereiche verhindern Kontaminationen, was für die Arbeit an Produkten wie Halbleitern, Nanomaterialien und biologischen Proben entscheidend ist. In Forschung und Entwicklung ermöglichen Vakuum-Handschuhboxen die Synthese neuartiger Verbindungen, die Montage komplexer Geräte und die Erforschung modernster Prozesse, die akribisch kontrollierte Vakuumbedingungen erfordern.

Die potenziellen Anwendungen von Vakuum-Handschuhboxen sind vielfältig und reichen von der Weiterentwicklung von Quantencomputerkomponenten bis hin zur Verbesserung sauberer Energietechnologien, was ihre zentrale Rolle bei der Förderung von Innovationen in den verschiedensten Bereichen unterstreicht.

Vakuumpumpen für experimentelle Beschichtung

Vakuumpumpen werden häufig in experimentellen Beschichtungsprozessen eingesetzt, um während der Abscheidung verschiedener Arten von Beschichtungen, wie z. B. Dünnschichten, Beschichtungen für Solarzellen und Schutzschichten für elektronische Geräte, eine Vakuumumgebung zu schaffen und aufrechtzuerhalten.

Im Allgemeinen wird bei diesen Verfahren das zu beschichtende Substrat in eine Vakuumkammer gelegt. Die Vakuumpumpe dient dann dazu, Luft und andere Gase aus der Kammer zu entfernen, so dass eine Umgebung mit niedrigem Druck entsteht. Nachdem die Kammer auf den gewünschten Druck evakuiert wurde, wird das Beschichtungsmaterial in Form von Gas oder Dampf in die Kammer eingebracht; das Vakuum ist entscheidend, um gleichmäßige und reproduzierbare Bedingungen zu schaffen. Das Beschichtungsmaterial haftet auf der Oberfläche des Substrats und bildet einen dünnen Film.

Es gibt verschiedene Arten von Vakuumpumpen, die in experimentellen Beschichtungsprozessen verwendet werden, wie Drehschieberpumpen, Membranpumpen und Turbomolekularpumpen. Jeder Pumpentyp hat seine eigenen Vor- und Nachteile, und die Auswahl der Pumpe hängt sehr stark von der Größe des Vakuumbeschichtungsbehälters und den spezifischen Anforderungen des Beschichtungsprozesses ab.

Solarmodule und Windenergieanlagen zur Erzeugung erneuerbare Energie mit blauem Himmel im Hintergrund

Vakuumausrüstung für korrosive Umgebungen

Auch wenn Sie Vakuumausrüstung für korrosive Anwendungen benötigen, können Sie sich auf uns verlassen. Chemielabore verwenden Vakuum typischerweise, um entweder Stoffe durch Verdampfung zu entfernen oder Reaktionen zu verhindern.

Vakuumausrüstung mit guter Korrosionsbeständigkeit, der Fähigkeit, Dampf zu bewältigen, und ATEX-Klassifizierung sind erhältlich.

Vakuumausrüstung für Quantencomputer

Quantencomputer beruht auf der Verwendung von Quantenbits oder Qubits, die in einer Überlagerung mehrerer Zustände gleichzeitig existieren können. Diese Zustände sind äußerst empfindlich und können schon durch geringe Einflüsse aus der Umgebung leicht gestört werden.

Zum Schutz vor diesen Störungen und zum Erreichen der supraleitenden Zustände, die zur Schaffung von Qubits erforderlich sind, werden Quantencomputer in der Regel bei extrem niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt betrieben.

Quantencomputer, die gefangene Ionen nutzen, erfordern die sorgfältige Steuerung ihrer Umgebung, um ihren Quantenzustand aufrechtzuerhalten. Hierfür ist ein XHV-Vakuum erforderlich. Quantencomputer auf Grundlage von Photonik erfordern darüber hinaus maßgeschneiderte Kryogenik.

Vakuum ist auch bei der Herstellung und Montage von Geräten für Quantensensoren und Kommunikationshardware von entscheidender Bedeutung.

Vakuumausrüstung für die Weltraumforschung

Seit ihrem Beginn in den 1960er Jahren ist die großangelegte Weltraumerkundung extrem teuer und muss die feindseligsten Umgebungen simulieren, die man kennt.

Außerhalb der Erdanziehung ist die Reparatur oder der Austausch von Komponenten oft unmöglich. Daher ist es wichtig, dass die Raumfahrt die Technologien, die eingesetzt werden, von ganzen Satelliten und Raumschiffen bis hin zu jeder einzelnen Komponente, intensiv testet.

Unsere Vakuumtechnologien simulieren weltraumähnliche Bedingungen auf der Erde, die eine Vielzahl von Prüfungen, wie z. B. von Strahlungsbeständigkeit, hohen Temperaturbereichen und Materialverträglichkeit ermöglichen.

 
  • Primär- und UHV-Pumpen werden verwendet, um das Vakuum in den Schichten der Erdatmosphäre auf das des Weltraums bei Drücken unter 10-10 mbar zu replizieren.
  • Kryo-Vakuum- und Kühlsysteme simulieren extrem kalte Umgebungen mit einer Temperatur von -80 °C oder niedriger, denen die Ausrüstung standhalten muss.
  • Heiztechnologien in Vakuumkammern ermöglichen die Simulation extremer solarer Wärmelasten bis +180 °C. Diese Bedingungen sind für die Prüfung der Kompatibilität und Haltbarkeit während Start und Wiedereintritt unerlässlich.
  • Darüber hinaus sind Vakuumtechnologien von Edwards in einer Vielzahl von Simulationen vertreten, wie z. B. Ionenantrieb, Schwingungsbeständigkeit und Prüfung der Beständigkeit gegen kosmischen Staub.
  • Unsere Pumpen sind auch von entscheidender Bedeutung für die Bereitstellung sauberer, staubfreier Umgebungen, die für den Bau von Raumfahrttechnologien benötigt werden.
Satellit auf dem Flug um die Erde

Neben dem Angebot von modernsten Technologien wie Vakuumpumpen und Kryogenik-Lösungen liegt unser Fokus auch darauf, sicherzustellen, dass die Weltraumforschung Zugang zu allen unterstützenden Produkten wie Lecksuchern, Messtechnik, Komponenten und Ersatzteilen hat. Wir wissen, dass kritische Tests nur möglich ist, wenn Ihre Vakuumlösung zu 100 % betriebsbereit ist.

Lächelnde Edwards-Mitarbeiter auf dem Flur
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