Optische Inspektion von Supraleitenden HF - DESY

Optische Inspektion von supraleitenden HFResonatoren bei DESY
Sebastian Aderhold
Frühjahrstagung der DPG
Bonn, 15.3.2010
Motivation
> Linearbeschleuniger brauchen hohe Gradienten
 XFEL Design-Gradient: 23.4 MV/m
 ILC Design-Gradient: 31.5 MV/m
> Supraleitende Cavities für geringere Verluste
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Streuung der Gradienten
> Weltweit
wohldefinierter
Plot der CavityAusbeute
> Auswahl für
Analyse
 z.Zt. 31 Cavities
[ILC Yield-DB]
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Thermischer Zusammenbruch
> Lokaler Effekt an “Defekten”
> Einschluss von Fremdmaterial
 Erhöhtes Rs (klass. Modelle)
> Geometrische Defekte
> Lokales Überschreiten von TC
oder HC → Dissipation von
Energie
> Unzureichender Transport der
Wärme zum He-Bad →
Zusammenbruch (Quench)
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Neues Inspektions-System
> Entwickelt durch Universität Kyoto und KEK
> Hoch auflösende Kamera
 Pixelgröße: 1.75 µm, effektive Auflösung 3.5 µm/Pixel
> Ausgeklügelte Beleuchtung
 An schwierige Bedingungen angepasst (spiegelnde
Oberfläche)
 Beleuchtung unter verschiedenen Winkeln möglich
 LEDs + Lichtwellenleiter
> Prototyp seit August 2008 bei DESY in Betrieb
 Prototyp “2.0“ seit Oktober 2009 verfügbar
> Insgesamt 30 Cavities inspiziert
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Neues Inspektions-System
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Neues Inspektions-System
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Defekt in AC152, Äquator 2, 248°
1mm
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Defekt in AC152, Äquator 2, 248°
1mm
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Vergleich Tmap ↔ Bild
Hotspot während T-map
an Äquator 6 im π-Mode,
begrenzt durch Quench
bei 20.6 MV/m
T-map System, montiert
an Einzeller
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Vergleich Tmap ↔ Bild
1mm
Hotspot während T-map
an Äquator 6 im π-Mode,
begrenzt durch Quench
bei 20.6 MV/m
Bild im Inneren des Cavities
nach dem HF-Tet
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Defekt-Entwicklung in Z142
Bevor
OberflächenBehandlung
Nach
Endbehandlung
und HF-Test
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Defekt-Entwicklung in Z142
Bevor
OberflächenBehandlung
Nach HauptOberflächenabtrag
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Defekt-Entwicklung in Z142
Bevor
OberflächenBehandlung
Nach HauptOberflächenabtrag
Nach
Endbehandlung
und HF-Test
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Vergleich: Tmap ↔ Bild
0.5 mm
Iris to cell 6
Equator cell 5
Iris to cell 4
Z130: Quench im 3π/9-mode bei
22 MV/m
Bild der gleichen Stelle
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Defekt in Z130
> Cavity zur genauen Analyse zerschnitten
> Elementanalyse: kein Fremdmaterial
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Elektronenmikroskop-Bild des Defektes
[D.Reschke]
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Elektronenmikroskop-Bild des Defektes
[D.Reschke]
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Zukünftiger Aufbau
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Zukünftiger Aufbau/Pläne
> Automatisierung des Inspektions-Ablaufes in Arbeit
> Geschätzte Dauer pro Cavity: ~2-3h (bisher 1.5
Tage)
> Positionierung durch Linear-Motor + Drehung der
Kamera
> Konstruktion überwiegend abgeschlossen
 Erste Motor-Komponenten geliefert
> Automatische Bildverarbeitung durch
Mustererkennung geplant
 ~1000 Bilder/Cavity
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Zusammenfassung
> Auffinden von geometr. Defekten durch neues
Inspektions-System
> Studie der Defekt-Entstehung und -Entwicklung
durch mehrfache Inspektion
 → möglicher Einsatz in frühem Produktions-Schritt
> Automatische Inspektion und Auswertung in Arbeit
> Reproduzierbarkeit, Geschwindigkeit, Robustheit
 Möglicher Einsatz in Cavity-Serienfertigung
> Korrelationen zwischen T-map und opt. Daten
Mehr Statistik nötig für Klassifizierung und
physikalisches Verständnis
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