Staub raus! So funktioniert ein Reinraum.

Problem: Staub
Schon ein Staubkorn zuviel kann aus Beschleunigungselementen Ausschussware machen.
Der Grund: Die Bauteile zur Elektronenbeschleunigung arbeiten supraleitend. Ist die Oberfläche nun mit Partikeln verunreinigt, treten Probleme auf. Die winzigen Störungen führen dazu, dass sich das elektrische Feld in den Hohlräumen an diesen Stellen verdichtet. Als Folge können Elektronen aus dem Metall treten und an anderer Stelle wieder auf die Oberfläche prallen. Auf diese Weise entsteht dort Wärme, die dazu führt, dass die Supraleitung zusammenbricht. Dies nennen die Physiker "Quench".


Der Reinraum für TESLA.

Lösung: Reinraum
Aus diesem Grund müssen die Beschleunigungsmodule in einer möglichst staubfreien Umgebung montiert werden. Diese Bedingungen können nur in einem Reinraum herrschen, einem Arbeitsbereich, in dem hunderttausendmal weniger Staub zu finden ist als in normaler Stadtluft.

Die Maßnahmen gegen Staub im Reinraum lassen sich in zwei Bereiche einteilen. Zum einen müssen vorhandene Partikel entfernt werden; andererseits ist zu verhindern, dass neuer Staub in den Raum gelangt.


Der "Down-Flow" reinigt den Raum.

Staub muss raus
Das erste Ziel wird durch einen Luftstrom erreicht, der sich von der Decke zum Fußboden bewegt und in der Fachsprache "Down Flow" heißt. Bereits gefilterte Luft tritt dabei mit einer Geschwindigkeit von rund einem halben Meter pro Sekunde durch kleine Löcher in den Reinraum ein. Solange sie nicht auf Hindernisse trifft, fließt die Luft ohne Turbulenzen gerade nach unten.

Partikel, die sich im Reinraum befinden, werden durch den Luftstrom zu Boden gedrückt. Im Fußboden befinden sich Löcher, durch die die zur Filteranlage Luft abgesaugt wird. Vielfältiger sind die Maßnahmen, die verhindern sollen, dass neuer Staub in den Reinraum gelangt.


Der Gang durch die Staubschleuse

Staub muss draußen bleiben
Ein besonders effektiver Teilchenfilter reinigt die Luft, die für den "Down Flow" verwendet wird. 99,999 Prozent aller Partikel, die größer sind als ein Drittel eines tausendstel Millimeters, bleiben im Filter hängen. Luft, die bereits den "Down Flow" mitgemacht hat, wird erneut gefiltert. Auf diese Weise wird die Luft immer sauberer.

Müssen Werkzeuge und Materialien in den Reinraum gebracht werden, so werden diese zuvor in einer Schleuse "luftgeduscht", bis sie weitestgehend staubfrei sind. Zusätzlich ist der Luftdruck im Raum etwas höher als außen, so dass Luft bei geöffneter Tür aus dem Raum heraus strömt. Bleibt noch ein Staubfaktor...


Zwei gut verpackte Staubquellen

Partikelschleuder Mensch
In einem Reinraum sind die Menschen die größten Staubquellen. Schon bei einfachem Umhergehen lösen sich zwischen fünf und zehn Millionen Partikel pro Minute aus Körper und Kleidung und schwirren umher. Um dieser Stauberei Einhalt zu gebieten, ist das Tragen von Spezialkleidung Pflicht.

Die meisten Staubteilchen gehen vom Kopf des Menschen aus - besonders Schuppen und Härchen, sowie Speicheltröpfchen. Deshalb ist das wichtigste Kleidungsstück im Reinraum eine Kapuze. Ebenfalls unerlässlich: der Mundschutz. Dazu kommen Handschuhe und ein bequemer Ganzkörperanzug mit Gummisohlen.

Trotz der Spezialkleidung lösen sich von Personen im Reinraum immer noch bis zu 20.000 Partikel pro Minute. Um diese Zahl nicht weiter zu erhöhen, müssen besondere Regeln beachtet werden.


Wichtig: Regeln im Reinraum

Reinraumregeln
Dass Essen, Trinken und Rauchen im Reinraum nicht gestattet sind, versteht sich von selbst. Wichtig ist aber auch der richtige Umgang mit der Spezialkleidung: Sie darf beim Anziehen nicht über den Boden schleifen, und auch der Mundschutz sollte nicht zum Naseputzen abgenommen werden.

Ebenso müssen hastige Bewegungen vermieden werden. Denn durch sie kann es in der Luft zu Turbulenzen kommen. Wie Staub in einer Windhose sammeln sich Partikel im Reinraum in solchen Wirbeln und bilden dann kleine Häuflein auf dem Boden.


Ein mobiler Reinraum

Mobile Reinräume
Während im Reinraum die verschiedenen Bauteile der einzeln Beschleunigungsmodule werden, reicht der Platz natürlich nicht aus, um dort einen ganzen Beschleuniger zusammenzusetzen. Das geschieht vielmehr in einer alles andere als staubfreien Konstruktionshalle. War der ganze Aufwand also umsonst?

Nein, denn zum Glück gibt es mobile Reinräume. In den Reinräumen auf Rädern wird hinter einem schweren Plastikvorhang gearbeitet. Auf dem Dach befindet sich ein Filtersystem, das staubfreie Luft in den Raum bläst. Abzugslöcher im Fußoden, wie bei einem echten Reinraum gibt es allerdings nicht, denn das Gestell auf Rädern hat keinen eigenen Boden. Hinter dem Vorhang herrscht Reinraumklasse 10: Nur zehn Staubkörner pro Kubikfuß.
Die vorab gereinigten Teile werden zum mobilen Reinraum gebracht und dort erneut gesäubert, bevor sie endgültig eingesetzt werden.

Sie sehen: Es wird einiger Aufwand betrieben, um für den Beschleunigerbau eine staubfreie Umgebung zu schaffen. Vielleicht fällt es Ihnen jetzt ja leichter, wenn Sie das nächste Mal über die Bücherregale wischen müssen.

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Webthema der Woche: Reinraum