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Vakuum System

Das Vakuumsystem besteht aus einer Quellen- und einer Hauptkammer. Erstere bildet ein DN63 CF T-StÄuck mit drei zusätzlich angebrachten DN40 Flanschen, an dessen Ende der Quellenaufbau mit einem Wellbalg befestigt ist. Gepumpt wird dieser Abschnitt mit einer Turbomolekular Pumpe TMU 071 P der Firma Pfeiffer mit einem nominellen Saugvermögen von 60 l/s. Die Pumpe ist bis zu einem Enddruck von 5 x 10^-10 mbar spezifiert, unterhalb dessen rückwartsgerichtete Strömungen eine Rolle spielen. Der Druck wird von einem HV-Messgerät von Athmosphärendruck bis 5 x 10^-9 mbar angezeigt. Bei ausgeschalteter Quelle befindet er sich unterhalb des messbaren Anzeigebereichs. Während des Experimentbetriebs steigt der Druck in der Quellenkammer auf Äuber 5 x 10^-9 mbar. Um zu gewährleisten, dass das Vakuum in der Hauptkammer nicht von der ausgasenden heißen Quelle beeinträchtigt wird, befindet sich zwischen beiden Kammern eine Blende mit einem freiem Öffnungsdurchmesser von 5 mm. Unterhalb des Tisches, etwa 67 cm unter Kammermitte, befindet sich eine Turbomolekularpumpe TMU 260 der Fa. Pfeiffer. Mit einer Saugleistung von 200 l/s pumpt sie das Kammervolumen über ein Verbindungsrohr von 100 mm Durchmesser. Der spezifierte Enddruck dieser Pumpe liegt unter 5 x 10^-11 mbar.

Um zusätzlich eine hohe Saugleistung für Wasserstoff zu gewährleisten, wird eine Ionengetterpumpe, eine StarCell VacIon 150 der Fa. Varian, mit einer nominellen Saugleistung von 120 l/s und 254 l/s für H2 mitverwendet. Eine Kaltkatoden-Messröhre von Balzer zeigt den Druck in der Hauptkammer von 5 x 10^-3 bis 10^-11 mbar an. Ohne Ausheizen wurde innerhalb weniger Wochen ein Druck von 4 x 10^-9 mbar erreicht. Die Empfindlichkeit der Messröhre für Magnesium liegt noch über der spezifierten Sensitivität von Argon, welche mit P0 = 0,8 x Pread angegeben wird. Das heißt, der angezeigte Wert für den Magnesium Hintergrunddampfdruck liegt über dem wahren Wert. Während des MOT-Betriebs wird ein Anstieg von wenigen 10^-10 mbar beobachtet.

How to open or pump down the Vacuum

The Instruction is on AFS in the Magnesium Document folder, also on the wall next to the vacumm controler.

belueftung_der_kammer.docx

Short instruction:
Switch off the oven: Den Ofen ausschalten
1. Connect protectiv gas (e.g. nitrogen) with low pressure (< 1 bar) to the vent valve of the small turbo pump and 2. connect plug to small turbo pump for ventilation at „Vent“. Avoid overpressure in the chamber at any time:
Schutzgas (z.B. trockener Stickstoff, keine Edelgase) an Belüftungsventil der kleinen Turbopumpe anschließen (geringer Druck < 1 bar). Überdruck in der Vakuumkammer vermeiden.
Belüftungsventil-stecker an kleine Turbopumpe anschließen („Vent“)
Switch off the ion getter pump:
According to Manual: Select LOCAL mode, briefly pressing the “MODE” key until LOCAL is shown on the display. Hold down the HV ON/OFF button while pressing the HV-x button where x is the number of the channel to be switched on/off. In case this does not work, or for any other issues, turning off the whole unit also works.
Ionengetterpumpe ausschalten
Close valve (under the table) between the main chamber and the big turbo pump:
Hochvakuumventil zwischen Hauptkammer und großer Turbopumpe schließen (unter dem Tisch)
Close both pneumatic valve between turbopump and prevacuum by taking out the plug from the wall near „Notaus“ at the door (it's connected to the orange switch). This closes both the pneumatic valves between the turbo pumps of the oven chamber and science chamber and their respective pre-vacuum. Make sure both valves are closed. The valve for the science chamber turbo pump is under the table.
Beide pneumatischen Magnetventile zwischen den Turbopumpen und dem Vorvakuum schließen, indem der Netzstecker nahe dem Notaus an der Tür aus der Steckdose gezogen wird (in dem orangenem Schalter)
Close the (yellow) hand valve at the small turbo pump:
Handventil (gelb) an der Vorvakuumseite der kleinen Turbopumpe schließen
Switch off cold cathode measuring instrument:
Kaltkathoden-Messgerät (Hauptkammer) ausschalten (nicht für Druck > 10-3) mbar geeignet
Switch off both turbo pumps:
Beide Turbopumpen abschalten
Wait until turbo pumps stop rotating: glove must be filled, but without pressure. Therefore actively maintain the bypass at the gas bottle carefuly:
Warten, bis die Turbopumpen zum Stillstand gekommen sind (etwa ab halber Drehzahl wird automatisch belüftet). Der Handschuh sollte stets, ohne Druck, gefüllt sein. Dafür den Fluss an der Gasflasche regulieren
The pressure readout at the oven will be incorrect for pressure > 1 mBar. Ventilation is finished as soon as the big turbo pump drops (bellows becomes visible):
Druckanzeige an der Quellenkammmer zeigt für p > 1 mbar nicht korrekten Druck an. Belüftung ist (weitgehend) abgeschlossen, wenn die große Turbopumpe absinkt (Wellbalg wird sichtbar)

We opened the Chamber on:

How to evacuate the vacuum chamber

How to refill magnesium in the oven

Heating the pumps (usefull for low 10^-9 pressures and below and after opening the vacuum)

After opening the vacuum and pumping down again it might be necessary to heat the IGP and turbopump to reach pressures in the low 10^-9 range and below. IGP

Never leave the baked IGP unattended. Turn off the baking when you go home

Big TurboPump

Always turn on the water cooling. Never leave the baked turbopump unattended. Turn off the baking when you go home

CF sealings

CF sealings are pretty easy to use. Just make sure that the flanges are clean (use acetone) and the cutting-edge of either flange is not damaged (aka scratches). You need

Never use an already used copper ring

How to seal

Do not fix the screews too tight. There should always be a space between both flanges so a 2-4 fold paper fits inbetween. By not following this the flangs and the copper ring can get stuck together, which can be hard to get them off again.

How to remove the seal

Indium sealings

Indium sealed windows have the advantage that the window is not distorted by any pressure on them and you can in principle save space at the chamber. Furthermore they are UHV compatible. For best results, prepare the sealings in a dust-free environment e.g. in a clean room. Otherwise it could happen that removing the reatinment rings results in leaks due to residual dust particles

How to seal

You need

It is very important that everything is very very clean.

Cleaning a sealing-surface.

How to seal

Always use a (new) teflon ring. Not using the ring or using an old ring will cause the substrate to break! The workshop can create around 10 rings in 30 minutes if you tell them it's important ;)
  1. For each iterating step, slightly increase the torque by around 5-10 cNm. MAIUS successfully uses 40 cNm, 50 cNm, 55 cNm, 65 cNm, 70 cNm, 75 cNm, 80 cNm.
  2. Fix the screws in a crossed way and go round.
  3. Then, after you went fully around, try to fix every single screw again with the same torque. Do this as many times until no screw moves anymore.
  4. Wait 20 minutes or more even much more.

Indium Sealing ring put into the inlet of the CF flange Substrate put on top of the indium sealing ring Everything with the retainment ring attached (a fresh teflon ring is between the ring and the substrate

Removing sealed windows

Either locally heat the window or the flange, where a window might be attached to, to like 160-180 °C. This will make the indium to become liquid (T_liquid ~ 156 °C). Now you can press slightly either from the side (if attached to the chamber) or from the other side of the flange. My suggestion is to use an oven to heat flanges. When still liquid or heated, it is also easier to remove indium residuals from the flange. Be careful not to scratch the window or sealing surface, because then they will become unusable for new sealings.

Datenblätter

*Turbomolekular Pumpe TMU 071 P: tmh-tmu_071p.pdf #*In Betrieb seit XY

*Turbomolekularpumpe TMU 260: turbopump_tmh_tmu_260a.pdf #*In Betrieb seit XY

Oil change of the pre-vacuum pump

The oil has to be changed every third year approximately.

  1. First, close the big yellow vent at the source chamber. Second, close the pneumatik vents via the knob at the orange power outlet (close to the door) and check if both are really closed.
  2. CLose the black vent of the pump which is placed close to the on/off switch.
  3. Open the drain screw (No. 8 in manul) labed as “Ablaßschraube” in order to let the oil out. Than close the screw, let the pump run for 10 sec and open it again in order to let out the remainings. You can refill the oil Pfeiffer Oil P3 when opening the screw no. 6 until you reach a max level at the inspection window.
  4. Open the vents once the preassure at the pump is the same as at the source chamber.

Manual: pk115bn_part1.pdf

Last changes: nov 2018