Nieuw vacuümlab goed voor Einstein Telescope én ondernemers
De buizendriehoek, waarbij elke buis tien kilometer lang is, vormt misschien niet het technische hart van de Einstein Telescope, maar is wel essentieel voor de laserstralen die erdoorheen worden gestuurd om de kleinste zwaartekrachtsgolven te meten. De installatie van de buizen is een van de duurste aspecten van het project. In een gloednieuw vacuümlab bij RWTH Aachen University in Aken wordt binnenkort gestart met de ontwikkeling van nieuwe technieken voor de constructie van buissystemen. “Dit kan ook interessant zijn voor andere sectoren”, aldus projectleider prof. Achim Stahl.
De bouw van de vacuümsystemen van de Einstein Telescope gaat meer dan 600 miljoen euro kosten. Prof. Achim Stahl, natuurkundige en directeur van het Physikalisches Institut III B van de RWTH, kan het hoge bedrag gemakkelijk verklaren. “Elk van de drie 10 kilometer lange buisarmen bestaat uit vier buizen. We hebben het dus over 120 kilometer aan buizen. Een buissegment is maximaal 18 meter lang, de maximale grootte die op een vrachtwagen past. Al die segmenten moeten dus aan elkaar worden gelast. Reken maar uit hoeveel lassen dat zijn: maar liefst 6600. Telkens een heel precies werkje waar vijf technici ongeveer vijf uur voor nodig hebben. En alles moet op minder dan een millimeter precies op elkaar aansluiten. Met een wanddikte van drie millimeter is zelfs de kleinste afwijking taboe. Het is dus heel precies werk. Arbeid is in dit geval enorm duur, veel duurder dan het roestvrij staal dat we gebruiken.”
Speciale robot
Alle reden dus om op zoek te gaan naar een minder dure methode. Die heeft de RWTH nu blijkbaar gevonden met de ontwikkeling van een speciale robot die onder de grond buizen met een lengte tot 500 meter kan vormen uit plaatstaal. De robot last de buis met laserstraallassen onder een vacuüm, precies volgens de hoge eisen waaraan moet worden voldaan. Achim Stahl: “Deze technologie heeft een essentieel voordeel: onder vacuüm oxideert de lasnaad niet, en daarom is er helemaal geen nabewerking nodig, iets wat extreem lastig zou zijn in een 500 meter lange ondergrondse buis. Deze lastechniek is niet helemaal nieuw in de metaalsector, maar we hebben een mobiel vacuüm nodig dat met de laserstraal door de buis meebeweegt. Daar heeft nog niemand ervaring mee.”
En dus stelde professor Stahl een team samen om de lasoplossing te ontwikkelen. Dit moet gaan plaatsvinden in een gloednieuw, nog te bouwen laboratorium in Aken. Aan het project is twee miljoen euro subsidie toegekend. “We ontwikkelen een soort pot die we over de met elkaar te verbinden platen plaatsen. Vervolgens schuiven we deze pot langs de lasnaad die ontstaat. In de ruimte wordt een vacuüm gecreëerd, waarna de laser aan de slag kan. Zonder zuurstof en dus zonder oxidatie. Al met al krijgen we zo een systeem waarmee we zeer snel en nauwkeurig kunnen lassen zonder het risico van doorslaande corrosie. Eerste berekeningen geven aan dat het proces minstens de helft goedkoper zal worden.”
Meer toepassingen
De subsidie voor het nieuwe laboratorium is net toegekend, en Achim Stahl hoopt voor het einde van de zomer aan de slag te kunnen met zijn team van onderzoekers uit Duitsland, België en Nederland. “En met het bedrijfsleven”, voegt hij daaraan toe. “Zo is het Nederlandse bedrijf SBE uit Eijsden betrokken bij het onderzoek. Er is sowieso veel belangstelling voor deze techniek. Vacuümlassen met een mobiele robot kan onder veel lastige omstandigheden enorm handig zijn. Denk bijvoorbeeld aan de gas- en waterstofpijpleidingen. We kijken ook naar de effecten van coatings. We doen dit onderzoek dus niet alleen voor de Einstein Telescope, maar werken aan een brede innovatie. Bovendien wordt ons testlaboratorium ook beschikbaar voor ondernemers die vooruit willen met nieuwe vacuümtechnologie maar niet de middelen hebben voor een eigen lab. En het is natuurlijk relevant voor specifieke kennisinstituten, onderzoekers en studenten. Dat maakt de betrokkenheid van de RWTH bij zo’n groot project als Einstein Telescope zo interessant.”
BeamPipes4ET
Hoe lukt het om 500 meter lange vacuümbuizen in één geheel ondergronds te installeren? Dat is het puzzelstuk dat het project BeamPipes4ET probeert op te lossen.
Er zijn zeven partijen die hieraan werken, onder leiding van RWTH Aachen University in Aken. Uit Belgisch Limburg zijn dit de bedrijven Aperam en Werkhuizen Hengelhoef, beide gevestigd in Genk. De partner in Nederlands-Limburg is SBE in Eijsden, en het lasbedrijf FEF is een partner uit de regio Aken. Naast de RWTH zijn ook de universiteiten van Hasselt en Antwerpen bij het project betrokken.
Het idee is om te voorkomen dat in de toekomst enorme buizen over de weg moeten worden vervoerd. Het is veel duurzamer en naar verwachting ook goedkoper om vacuümbuizen ondergronds te produceren. Hiervoor worden rollen plaatstaal naar de ondergrondse tunnel van de Einstein Telescope gebracht, waar ze tot ronde buizen worden geplooid en gelast.
Voltooiing van het BeamPipes4ET-project betekent een belangrijke bijdrage aan de duurzame bouw van de Einstein Telescope. Het vermindert immers het aantal logistieke bewegingen en de overlast van het transport van grote buizen over de weg. Daarnaast zien de partners in het project ook mogelijkheden om het idee in de toekomst toe te passen bij andere projecten.
