Transport Bereich

Die Transportstrecke muss die Beta-Elektronen adiabatisch von der Quelle zu den Spektrometern leiten und gleichzeitig jeglichen Tritiumfluss zum Spektrometer verhindern, der wegen des Hintergrunds praktisch tritiumfrei gehalten werden muss. Es besteht aus einem Differentialpumpenabschnitt (DPS) und einem Tieftemperaturpumpenabschnitt (CPS). In Kombination müssen sie eine Unterdrückung des Tritiumflusses um neun Größenordnungen liefern. 

Differentielle Pumpstrecke (DPS)

Der Differenzialpumpenabschnitt (DPS) dient der effizienten Reduktion des Tritiumflusses zwischen Quelle und Spektrometer. Er besteht aus fünf jeweils 1 m langen Strahlrohren, die von supraleitenden Solenoiden umgeben sind. Um den direkten Sichtkontakt zwischen Quelle und Spektrometer für diffundierende neutrale Tritiummoleküle zu unterbrechen, sind zwei der fünf Strahlrohre um 20° geneigt. Zwischen jedem Strahlrohr ist eine Turbomolekularpumpe (TMP) installiert.

Insgesamt wird die Anzahl der Tritiummoleküle entlang der DPS um etwa fünf Größenordnungen verringert.

Neben der Reduktion des neutralen Tritiumflusses dient der DPS auch der Analyse und Unterdrückung des Ionenflusses. Positiv geladene Ionen, die überwiegend durch den Zerfall von Tritium zu Helium-3 entstehen, folgen den Magnetfeldlinien und sind daher weitgehend unempfindlich gegenüber den Pumpmaßnahmen. Da auch diese geladenen Teilchen nicht in das Spektrometer gelangen dürfen, werden die WGTS-Quelle und der DPS mit einer bekannten kleinen negativen Spannung beaufschlagt, die das Entweichen positiv geladener Ionen und Moleküle verhindert.

Um eine elektrische Aufladung von Quelle und DPS zu vermeiden, müssen die Ionen aktiv entfernt werden. Zu diesem Zweck ist der DPS mit Dipolelektroden sowie Fourier-Transform-Ionenzyklotronresonatoren (FTICR) ausgestattet, die eine Analyse der Ionenspezies ermöglichen und die Ionen gezielt aus den Strahlrohren entfernen.

Kryogene Pumpstrecke

In der kryogenen Pumpstrecke (CPS) werden die verbleibenden Spuren von Tritium durch Kryosorption aus dem Strahl entfernt. Hierzu ist das vergoldete Strahlrohr auf Temperaturen von etwa 3–4 K abgekühlt und mit einer Schicht aus Argonfrost bedeckt, der sich als besonders effektiv für die Bindung von Tritium erwiesen hat.

Ähnlich wie in der differentiellen Pumpstrecke ist auch die Strahllinie der CPS gekrümmt, um die direkte Sichtlinie für diffundierende Tritiummoleküle zu unterbrechen und die Wahrscheinlichkeit von Stößen mit der Rohrwand zu erhöhen. Die dabei eingesetzten supraleitenden Magnete erzeugen Magnetfelder von bis zu 5,6 T, die die Beta-Elektronen unbeeinflusst und adiabatisch zum Spektrometer führen.

Nach etwa 60 Betriebstagen ist die Argonfrost-Schicht mit Tritium gesättigt. In einer Regenerationsphase wird die CPS auf rund 100 K aufgeheizt, wodurch das gebundene Tritium freigesetzt wird. Dieses wird anschließend mithilfe von Turbomolekularpumpen abgepumpt, während ein kaltes Ventil in Richtung der Spektrometer geschlossen bleibt.

Am Ende der CPS ist das Tritium vollständig aus dem Strahl entfernt: Der Tritiumpartialdruck wird im Vergleich zum Einlass in der Mitte der WGTS um etwa 12 Größenordnungen reduziert, während der Elektronenfluss unbeeinträchtigt bleibt. Damit erfüllt die CPS ihre zentrale Aufgabe, das verbleibende Tritium zuverlässig aus dem System zu binden, bevor die Spektrometer die kinetische Energie der Beta-Elektronen mit höchster Präzision analysieren.