Entwicklung des Meß- und Steuersystems für das DELTA-Ultrahochvakuum

Diplomarbeit von Holger May

Einleitung:

Bei Beschleunigeranlagen müssen sich die Elektronen in einer Umgebung mit sehr niedriger Teilchenzahl bewegen, damit dem Strahl nicht zu viele Elektronen durch Stöße verloren gehen. Dies entspricht der Forderung eines sehr niedrigen Drucks bzw. eines "sehr guten Vakuums". Sie wird bei diesen Anlagen durch Betreiben komplexer Ultrahochvakuum-Systeme erfüllt.

Da Informationen über den Status einer Beschleuniger-Anlage in einem außerhalb liegenden Kontrollraum zusammenlaufen, um dann von dort entsprechende Veränderungen zu veranlassen, ist eine Rechnerankopplung der Komponenten des Ultrahochvakuum-Systems notwendig.

Gang der Untersuchung:

Die Entwicklung und Realisierung dieser Rechnerankopplung ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Dabei werden zuerst die einzelnen Elemente des Ultrahochvakuum-Systems von DELTA (Dortmunder Elektronen Testspeicherring-Anlage) und ihre Funktionen erläutert. Danach werden die Zugriffsmöglichkeiten auf die einzelnen Geräte dargelegt, wobei die vorhandenen elektronischen Ein- und Ausgänge vorgestellt werden, die als Schnittstellen für die Steuerung und Überwachung in Betracht kommen. Im fünften Kapitel wird das entwickelte Konzept zur Rechnerankopplung der Ultrahochvakuum(UHV)-Geräte vorgestellt. Desweiteren wird auf die Entwicklung und den Aufbau eines mobilen Meß- und Steuersystems eingegangen, wodurch eine vom Kontrollsystem unabhängige Möglichkeit zur Steuerung und Überwachung der UHV-Geräte eines beliebigen Beschleuniger-Sektors geschaffen wird. Dort wird auch die eingesetzte Hardware und die im Verlauf dieser Arbeit entwickelte Software vorgestellt. Im sechsten Kapitel werden Ergebnisse von ersten Tests dieses Meß- und Steuersystems gezeigt. Das anschließende Kapitel setzt sich mit der Einbindung des UHV-Systems in das DELTA-Kontrollsystem auseinander.

Inhaltsverzeichnis:

1.	Einleitung	1
2.	DELTA und das Ultrahochvakuum	3
2.1	DELTA	3
2.2	Das Ultrahochvakuum	4
3.	Elemente des UHV-Systems	7
3.1	Vakuumkammern	7
3.2	Vakuumpumpen	8
3.2.1	Membranpumpe	9
3.2.2	Turbomolekularpumpe	10
3.2.3	Titansublimationspumpe	11
3.2.4	NEG-Streifen	12
3.2.5	Ionenzerstäuberpumpe	13
3.3	Vakuummeßgeräte	16
a)	Gasreibungsvakuummeter	16
b)	Wärmeleitungs-Vakuummeter	17
c)	Glühkathoden-Vakuummeter	18
d)	Kaltkathoden-Vakuummeter	19
e)	Ionenzerstäuberpumpen	20
f)	Partialdruckmeßgeräte	21
3.4	Anzahl und Einsatzorte	22
4.	Zugriffsmöglichkeiten auf die einzelnen Geräte	25
4.1	Ventile	25
4.2	Pumpstände	27
4.3	Titansublimationspumpen	27
4.4	Ionenzerstäuberpumpen	28
4.5	NEG-Streifen	29
4.6	Wärmeleitungs- und Kaltkathoden-Vakuummeter	30
4.7	Glühkathoden-Vakuummeter	31
4.8	Massenspektrometer	31
5.	Entwicklung eines Meß- und Steuersystems für UHV-Anlagen im Labor und am Beschleuniger	33
5.1	Mögliche Störeinflüsse und die Konsequenzen	34
5.2	Die Hardware	38
5.2.1	Analoge Signale	38
5.2.2	Digitale Signale	41
5.2.3	RS-232-Verbindung	42
5.2.4	Anschlußrealisierung	44
5.3	Die Software	47
5.3.1	Überblick	47
5.3.2	Direkte Gerätesteuerung	50
5.3.3	Messung	52
5.3.4	Geschichtsdarstellung	54
5.3.5	Spezielle Programmteile	55
a)	Druckwert-Bestimmung bei den IGPs	56
b)	Tendenz-Bestimmung bei Druckwerten	58
6.	Tests des Meß- und Steuersystems	59
6.1	Zeitliches Verhalten	59
6.2	Schaltverhalten	61
6.3	Durchführung von Messungen	61
7.	Einbindung des UHV-Systems in das DELTA-Kontrollsystem	63
7.1	Das DELTA-Kontrollsystem	63
7.2	Der CAN-Bus	66
7.3	Anschluß des UHV-Systems an das DELTA-Kontrollsystem über CAN-Bus	68
8.	Zusammenfassung	73
	Anhang	75
	Literaturverzeichnis	79