यूएचवी लैब में इन्फ्रास्ट्रक्चर (सुविधाएं)

1. बड़ा लेपन सेटअप
   
   1300 मिमी x 1200 मिमी x 5500 मिमी ऊंचाई के समग्र साइज़ का एक ऊर्ध्वाधर उन्मुख बड़े लेपन सेटअप (एलसीएस) को यूएचवी लैब में 2017 में स्वदेशी रूप से विकसित, स्थापित और कमीशन किया गया था । डीसी मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग तकनीक पर आधारित इस लेपन प्रणाली का उपयोग, इण्डस-2 में तरंगकों के लिए आवश्यक लंबे यूएचवी प्रकोष्ठों एवं यूएचवी पंपिंग आवश्यकता के लिए भावी उच्च दीप्ति भंडारण वलय (स्टोरेज रिंग) पर एनईजी फिल्म लेपन और अल्प द्वितीयक इलेक्ट्रॉन उत्पाद (एसईवाई) आवश्यकता के लिए भावी भारतीय समुत्खंडन (स्पैलेशन) अनुसंधान (आईएफ़एसआर) सुविधा के संचयक वलय के निर्वात प्रकोष्ठों पर TiN लेपन के लिए किया जाएगा । बाहरी व्यास 290 मिमी तक और लंबाई 3500 मिमी तक के परिच्छेद विमा वाले निर्वात प्रकोष्ठों को इस सेट अप में लेपन के लिए समाहित किया जा सकता है । इस लेपन सेटअप की विभिन्न उप-प्रणालियां हैं: 3750 मिमी स्ट्रोक ऊंचाई की प्रयोक्तानुकूल निर्मित मोटरचालित सोलनॉइड लिफ्ट, सभी बेक करने योग्य धातु निर्वात प्रणालियां, इनलाइन गैस शोधक युक्त गैस (Ar / Kr) डोजिंग प्रणाली, आंतरिक व्यास 360 मिमी / 250 मिमी x 1000 मिमी लंबाई के जल शीतलित सोलेनॉयड्स, विद्युत परिवर्तक: 250 A / 50 V सोलेनॉयड के लिए डीसी, उच्च वोल्टेज डीसी विद्युत सप्लाई : गैस डिस्चार्ज,: 2 kV / 6 A, जल शीतक (वॉटर चिलर), स्वस्थाने बेकआउट और एनईजी लेपन सक्रियण एवं प्रक्रिया प्राचलों (पैरामीटरों) के संग्रहण के लिए पीसी आधारित बेक-आउट एवं एनईजी सक्रियण नियंत्रक और डेटा संग्रहण प्रणाली । मोटरचालित सोलेनॉयड लिफ्ट सटीक लेड स्क्रू क्रियाविधि (मैकेनिज्म) से निर्मित होता है जो सोलेनॉयड को 300 मिमी / मिनट (द्वि-दिशात्मक) की रैखिक गति प्रदान करता है । सभी बेक करने योग्य धातु निर्वात प्रणाली 270 l/s एसआईपी, यूएचवी गेज और आरजीए से बने होते हैं । बड़े लेपन सेटअप का फोटो चित्र -1 में दिखाया गया है ।
   
2. उन्नत प्रयोगशाला भट्टी
   
   अत्याधुनिक गतिशील आर्गन (Ar) आंशिक दाब प्रणाली युक्त एक पूर्ण एकीकृत कंप्यूटर नियंत्रित 40 किलोवाट उन्नत प्रयोगशाला भट्टी (चित्र 2) को अति उच्च निर्वात (अल्ट्रा-हाई वैक्यूम, यूएचवी) प्रयोगशाला में स्थापित और कमीशनित किया गया था । प्रयोगशाला भट्टी का उपयोग कण त्वरकों में प्रयुक्त किए जाने वाले यूएचवी सुसंगत ब्रेज़ित जोड़ों, जिनमें ओएफ़ई Cu, ओडीएस Cu, Be-Cu, Be, Nb, एसएस, Ti और Ti मिश्रधातुओं एवं अति शुद्ध एलुमिना सिरेमिक्स जैसे उन्नत सामग्रियों का उपयोग होता है, कि प्रक्रिया-विधि के विकास के लिए ब्रेजिंग प्रक्रिया प्राचलों (फिलर मटेरियल, जोड़ डिजाइन, इलेक्ट्रोप्लेटिंग आवश्यकताएं, ब्रेजिंग तापमान, निमज्जन समय और Ar आंशिक दाब) को इष्टतमीकृत करने के लिए निर्वात अथवा Ar के आंशिक दाब परिवेश में ब्रेजिंग प्रयोग करने में किया जाता है ।
   प्रयोगशाला भट्टी की मुख्य विशेषताएं तालिका-1 में दी गई हैं । भट्टी को हाइड्रोकार्बन मुक्त उच्च निर्वात (~ 5×10-7 मिली बार ) एवं आर्गन (1×10-3 से 1 मिली बार) परिवेश में प्रचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है । भट्टी Ar शोधक प्रणाली से बनी होती है जो ओसांक 65ºC से कम कर देती है जिसके द्वारा जल वाष्प के कारण ऑक्साइड बनना न्यूनतम होकर धातुओं की ब्रेज़ेबिलिटी बढ़ाने में सहायता मिलती है ।
   
   

   प्रयोगशाला भट्टी का डिजाइन, निर्माण, परीक्षण, स्थापना और कमीशनन "निर्वात को परिवेश के रूप में उपयोग करने वाली औद्योगिक भट्टियों के लिए NFPA-86D मानक 1999 संस्करण" पर आधारित था । भट्टी का तापमान एकरूपता सर्वेक्षण AMS 2750D मानक के अनुरूप किया गया था ।
   प्रयोगशाला भट्टी अत्याधुनिक स्काडा (SCADA) नियंत्रण प्रणाली संरचना से सुसज्जित है जो उच्च स्तरीय बहु प्रक्रिया पर्यवेक्षी नियंत्रण के लिए HMI, GUI का उपयोग करती है । यह विभिन्न तापमान, प्रवाह, लेवल और निर्वात प्राचलों (पैरामीटरों) के साथ इंटरफेस करने के लिए प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (पीएलसी) और असतत संरक्षा एवं पीआईडी स्वनिर्भर नियंत्रकों से लैस है ।

   तालिका 2. : उन्नत प्रयोगशाला भट्टी की मुख्य विशेषताएं

   1. भट्टी विन्यास (फर्नेस कान्फ़िगरेशन) • टेबल-टॉप विन्यास के साथ ऊर्ध्वाधर, टॉप लोडिंग ।

   2. भट्टी प्रकोष्ठ (फर्नेस चैम्बर) दोहरी दीवारों वाला जल शीतलित बेलनाकार प्रकोष्ठ । डिजाइन मानक : एएसएमई बी एंड पीवी कोड खंड VIII-Div-1 पदार्थ : एसएस316एल

   3. तप्त खंड (हॉट ज़ोन) प्रयोग योग्य तप्त खंड का आमाप (साइज़) : व्यास 300 मिमी × 450 मिमी प्रचालन तापमान : 600°C से 1200°C तापन दर : 1°C से अधिकतम 5°C प्रति मिनट अधिकतम चार्ज भार : 40 किलोग्राम तापमान एकरूपता (स्थानिक) : ± 5ºC तापमान स्थिरता (कालिक) : ± 1°C 8 घंटे के लिए तापन अवयव : La अपमिश्रित (डोप्ड) मॉलिब्डेनम हर्थ असेम्बली : TZM पदार्थ

   4. थर्मोकपल : नियंत्रण थर्मोकपल : मॉली आवरित (शीथेड) 'एस' टाइप अति तापमान थर्मोकपल : मॉली आवरित (शीथेड) 'एस' टाइप जॉब थर्मोकपल : एमआई आवरित (शीथेड) 'एन' टाइप : 05 नग

   
   इस भट्टी का निर्माण एक भारतीय उद्योग द्वारा किया गया था । डिजाइन और निर्माण के लिए भट्टी का विन्यास और विनिर्दिष्टता आरआरकेट द्वारा प्रदान किए गए थे ।

3. बी-ए गेज नियंत्रक अंशांकन (कंट्रोलर कैलिब्रेशन) सेट-अप
   
   इण्डस त्वरक निर्वात प्रणाली में दाब मापन बी-ए तप्त कैथोड आयोनाइजेशन गेजेस का उपयोग कर किया जाता है । स्वदेशी रूप से डिज़ाइन किए गए बी-ए गेज नियंत्रकों का उपयोग दाब मापन के लिए किया जाता है, प्रक्रम नियंत्रण का उपयोग त्वरक प्रणाली की सुरक्षा के लिए किया जाता है । इस प्रणाली का निर्माण एसएस 304एल अर्द्ध-गोलाकार निर्वात प्रकोष्ठ का उपयोग कर किया गया है जिसमें निर्वात गेज, अवशिष्ट गैस विश्लेषक, एक पूर्ण धात्विक यूएचवी रिसाव वाल्व लगाने और निर्वातन उद्देश्य के लिए 8 त्रिज्य प्रद्वार (रेडियल पोर्ट) हैं । संदर्भ उद्देश्य के लिए नियंत्रक एवं केबल युक्त एक फैक्ट्री अंशांकित बी-ए गेज नियंत्रक का उपयोग किया जाता है । अंशांकन कार्य के लिए बी-ए गेज नियंत्रक अन्य गेज शीर्षों से जुड़े होते हैं । स्पटर आयन और टाइटेनियम ऊर्ध्वपातन (सब्लिमेशन) संयोजन पंपिंग के द्वारा 2.0x10-11 मिली बार का चरम निर्वात प्राप्त किया गया है । पूर्ण धात्विक रिसाव वाल्व का उपयोग करते हुए, अंशांकन प्रयोजन के दौरान प्रणाली में दाब को आधार निर्वात से 1.0x10-5 मिली बार तक अंशांकन गैस के रूप में वायु द्वारा परिवर्तित किया जा सकता है । इण्डस त्वरक निर्वात प्रणाली में लगाने से पहले सभी सभी बी-ए गेज नियंत्रकों के प्रक्रम प्राचलों (प्रोसेस पैरामीटर्स) और उनके कार्यात्मक की नियमित रूप से जांच की जाती है । इस प्रणाली में अंशांकन परास (कैलिब्रेशन रेंज) को 1x10-12 मिली बार तक विस्तारित करने के लिए निष्कर्षक (एक्सट्रैक्टर) गेज प्रणाली भी जोड़ी जा सकती है । प्रणाली का विवरण चित्र 3 में दिया गया है ।
   
   
4. बर्हिगैसन (आउटगैसिंग) दर मापन सेटअप :
   
   

   यूएचवी में उपयोग किए जाने वाले विभिन्न पदार्थों की बर्हिगैसन (आउटगैसिंग) दर का मूल्यांकन करने के लिए, पूर्ण धात्विक स्टेनलेस स्टील (एसएस 304 एल) से निर्मित एक प्रयोगात्मक सेट-अप का डिजाइन, विकास और परीक्षण किया गया है जिससे कि इलेक्ट्रॉन भंडारण वलयों में उपयुक्त पदार्थों का उपयोग किया जा सके । यह एवीएस मानक के अनुसार रंध्र (ऑरिफिस) विधि पर आधारित है । 1x10-10 मिली बार स्तर का चरम निर्वात प्राप्त करने के लिए स्पटर आयन पंप का उपयोग किया जाता है और दाब मापन के लिए बी-ए आयोनाइजेशन गेज का उपयोग किया जाता है । यह प्रणाली 250°C के बेक-आउट तापमान को सहन करने में सक्षम है । इस सेटअप का उपयोग कर ~ 5.0x10-13 mbar-l/s/cm2 तक की बर्हिगैसन दर मापन की जाती है । बर्हिगैसन दर मापन सेटअप की विभिन्न विशेषताएं चित्र 4 में दी गई हैं ।

   
   
5. निम्नलिखित के लिए बैटरी बैकअप के साथ यूपीएस प्रणालियां

i) इण्डस-2 और टीएल-3 की निर्वात प्रणाली
ii) इण्डस-1 की निर्वात प्रणाली
iii) यूएचवी लैब्स




इण्डस परिसर में प्रमुख विद्युत आपूर्ति बंद हो जाने अथवा योजनाबद्ध विद्युत शटडाउन होने की स्थिति में, निर्वात आवरण में निर्वात बनाए रखना आवश्यक है, जिससे कि सभी एसआईपी विद्युत आपूर्तियां चालू रहें । यदि ऐसा नहीं किया जाता है, पुनः निर्वात प्राप्त करने में कई घटें या दिवस लग सकते हैं जो मशीन के प्रचालन समय को प्रभावित करता है । यह ध्यान में रखते हुए कि विद्युत शटडाउन की अवधि एक कार्य दिवस तक हो सकती है, इण्डस-2 के लिए 100 kVA X 2 एवं टीएल-3 के लिए 30 kVA रेटिंग वाले प्रत्येक को 2 घंटे के लिए वीआरएलए बैटरी बैकअप के साथ पूर्ण लोड पर ऑनलाइन 3 फेज स्थैतिक यूपीएस लगाए गए हैं । चूंकि ये यूपीएस उपकरण गैलरी के बस ट्रंकिंग सिस्टम को फीड करते हैं, कई अन्य उप-प्रणालियां को भी अनुकूलित निर्बाध विद्युत का लाभ मिलता है । चित्र 5 इण्डस-2 में एक 100 kVA यूपीएस प्रणाली और 800 Ah के संबद्ध बैटरी बैंक को दर्शाता है ।


माइक्रोट्रॉन से इण्डस-1 तक के निर्वात उपकरणों को एक ऑनलाइन 3 फेज स्थैतिक यूपीएस प्रणाली द्वारा फीड किया जाता है, जो पूर्ण लोड पर 2 घंटे बैटरी बैकअप के साथ 30 kVA रेटिंग युक्त है । यूएचवी प्रयोगशालाओं में चल रहे विभिन्न प्रयोगों के लिए आवश्यक निर्बाध विद्युत प्रदान करने के लिए 30 kVA रेटिंग और 2 घंटे के बैटरी बैकअप की दो यूपीएस प्रणालियां हैं । अनेकों विद्युत शटडाउन अथवा व्यवधानों की स्थिति में यूपीएस प्रणालियां बहुत उपयोगी सिद्ध हुई हैं । विश्वसनीय प्रचालन के लिए उनका नियमित रूप से मॉनीटरन किया जाता है और नियमित अनुरक्षण के लिए एएमसी में रखा जाता है ।


6. सटीक स्वचालित शुष्क कूपक (ड्राई वेल) तापमान संवेदक (थर्मोकूपल व आरटीडी) अंशांकन प्रणाली परीक्षण सुविधा
   
   इण्डस मशीन में 190 से अधिक थर्मोकपल संवेदक (सेंसर) हैं जो इण्डस बीम प्रचालन के दौरान तापमान मॉनीटरन के लिए विभिन्न निर्वात घटकों पर लगाए गए हैं । इनके अतिरिक्त प्रत्येक निर्वात खंड के निर्वात घटकों पर 32 की संख्या में थर्मोकपल, अर्थात कुल ~ 256 थर्मोकपल संवेदक लगाए गए हैं, जिनका उपयोग विद्युत बेकिंग प्रचालन के दौरान किया जाता है । इसी तरह, यूएचवीटीएस में उच्च तापमान प्रयोगशाला भट्टी सुविधा में, तापमान मॉनीटरन और नियंत्रण के लिए उच्च स्तरीय थर्मोकपल संवेदक (एस टाइप) और आधार धातु (बेस मेटल) थर्मोकपल संवेदक (एन टाइप) प्रयुक्त होते हैं ।
   
   चूंकि इण्डस बीम प्रचालन के दौरान इन थर्मोकपल संवेदकों पर बीआर (ब्रेम्सस्ट्रालंग रेडिएशन) का प्रभाव पड़ता है, विकसित ऑफसेट, यदि कोई हो, की जांच करने के लिए एनआईएसटी मानक के अनुरूप 30°C से 350°C और 300°C से 1200°C तक तापमान रेंज को कवर करने वाली एक सटीक स्वचालित शुष्क कूपक तापमान संवेदक (थर्मोकपल व आरटीडी) अंशांकन प्रणाली परीक्षण सुविधा द्वारा अंशांकन का नियमित समय-बद्ध कार्यक्रम अपनाया जा रहा है ।

   तालिका 6. : शुष्क कूपक (ड्राई वेल) तापमान संवेदक (थर्मोकपल व आरटीडी) अंशांकन प्रणाली परीक्षण सुविधा की मुख्य विशेषताएं:

   (A) 30°C से 350°C तापमान रेंज स्थिरता : ± 0.01°C 40 मिमी (1.6 इंच) पर अक्षीय एकरूपता : ± 0.04°C पूर्ण रेंज त्रिज्यीय एकरूपता: ± 0.01°C निमज्जन (इमर्शन) गहराई : 150 मिमी कूप व्यास : 30 मिमी ओडी प्रवेश के अनुरूप

   (B) 300°C से 1200°C तापमान रेंज स्थिरता : ± 0.1°C स्थायीकरण समय : 700°C पर या उससे कम 3 घंटे और 700°C से ऊपर 2 घंटे 60 मिमी अधिकतम (2.4 इंच) पर अक्षीय एकरूपता : ± 0.2°C पूर्ण रेंज के लिए त्रिज्यीय एकरूपता (छिद्र से छिद्र) : 300°C पर ±0.1°C, 700°C पर ±0.20°C, 1200°C डिग्री सेल्सियस पर ±0.25°C निमज्जन (इमर्शन) गहराई : 360 मिमी कूप व्यास : 35 मिमी ओडी प्रवेश के अनुरूप हीटर पावर : 230 वोल्ट एसी पर 4000 वाट तापन समय (25 से 1200°C) : 45 मिनट से कम

   संदर्भ थर्मोकपल का प्रकार: प्लैटिनम रोडियम 10% वर्सस प्लेटिनम (एस प्रकार) परिशुद्धता (विशेष सह्यता) 600°C तक ± 0.6°C 1450°C तक रीडिंग का ± 0.1%

   सटीक तापमान स्कैनर : 40 विलगित सार्वत्रिक इनपुट तक चयन योग्य स्कैन गति : 10 चैनल / सेकंड तक डीसी वोल्टेज, डीसी करंट और प्रतिरोध के लिए 6 ½ अंकीय प्रदर्शन विभेदन

   300°C, 700°C, 1000°C और 1200°C पर डेटा के साथ एनआईएसटी अनुरूप प्रमाण पत्र

   
   
7. महीन फिल्म निक्षेपण (डिपोजिशन) के लिए डीसी मैग्नेट्रॉन क्षैतिज कणक्षेपण लेपन प्रणाली (स्पटर कोटिंग सिस्टम)

निर्वात प्रकोष्ठ की आंतरिक सतहों पर महीन फिल्म निक्षेपण के लिए एक यूएचवी सुसंगत बेलनाकार डीसी मैग्नेट्रॉन क्षैतिज कण-क्षेपण (स्पटरिंग) प्रणाली विकसित की गई थी । यह प्रणाली स्टेनलेस स्टील, एल्यूमीनियम और सिरेमिक निर्वात प्रकोष्ठों पर 400 मिमी लंबाई व 150 मिमी व्यास तक के विभिन्न आकारों के टाइटेनियम / एनईजी महीन फिल्म लेपन लेपित करने में सक्षम है । इस प्रणाली की मुख्य विशेषताएं इस प्रकार हैं :

• कण-क्षेपण विधि का प्रकार : डीसी और डीसी मैग्नेट्रॉन
• निर्वात पम्पिंग प्रणाली : लेपन अनुप्रयोग के लिए टर्बो मॉलिक्यूलर पम्पिंग सिस्टम और अति उच्च निर्वात अवस्था प्राप्त करने के लिए एसआईपी सिस्टम
• दाब मापन प्रणाली : कम निर्वात के लिए सीडीजी और यूएचवी रेंज के लिए बी-ए गेज
• गैस इंजेक्शन प्रणाली : बेक करने योग्य पूर्ण धातु गैस रिजर्वायर और विलगन वाल्व व्यवस्था के साथ पूर्ण धातु परिवर्ती रिसाव वाल्व
• गैसें : आर्गन / क्रिप्टॉन
• सोलेनॉयड (जल शीतलित) : 300 मिमी (व्यास) x 500 मिमी (लंबाई)
• चुंबकीय क्षेत्र : 500 गाउस तक परिवर्तनीय
• SS और Al अलॉय से बने निर्वात प्रकोष्ठों की भीतरी सतह पर जमा एनईजी महीन फिल्म लेपन
• इण्डस-2 में स्पंदित किकर चुंबक के लिए अति शुद्ध एलुमिना से बने निर्वात प्रकोष्ठों की आंतरिक सतह पर Ti लेपन निक्षेपण


8. इण्डस सुविधा में यूएचवी इंस्ट्रुमेंटेशन के लिए बार कोड आधारित ट्रैकिंग और अनुरक्षण प्रबंधन प्रणाली
इण्डस सुविधा में यूएचवी इंस्ट्रुमेंटेशन के लिए एक बार कोड आधारित ट्रैकिंग और अनुरक्षण प्रबंधन प्रणाली, यूएचवी इंस्ट्रुमेंटेशन के बड़ी संख्या में पावर नियंत्रकों के अनुरक्षण का अंकीकरण (डिजिटाइज) और सुव्यवस्थित करती है ।

कंप्यूटर केंद्र द्वारा विकसित किया गया यह यूआरएल, न केवल वर्तमान स्थिति, स्थैनिक पूर्ववृत्त, अनुरक्षण पूर्ववृत्त और एकल पावर नियंत्रकों की स्पेयर उपलब्धता उत्पन्न करता है, अपितु उपयोगकर्ता को योजनाबद्ध इण्डस शटडाउन अवधि के समकालिक नजदीकी अंशांकन कार्यक्रम और निर्धारित निरोधी अनुरक्षण के सक्रिय रूप से सतर्क करता है ।

डेटा प्रग्रहण एक हस्तधारित बारकोड स्कैनर द्वारा किया जाता है जो स्कैन किए गए बारकोड क्षमता युक्त न्यूनतम 4 संख्यात्मक भंडारण के साथ डेटा संपादन विशेषताओं में सक्षम है । डेटा निर्यात .csv फ़ाइल के रूप में किया जाता है । संख्यात्मक और अक्षर वर्णों को पंच करने के लिए बारकोड स्कैनर कुंजियों से सुसज्जित है । बारकोड, इण्डस मशीन एवं लैब में फैले हुए 80 टीएसपी नियंत्रकों के सीरियल नंबर के आधार पर बनाए गए थे ।

इण्डस बीम प्रचालन के दौरान तापमान मॉनीटरन के लिए विभिन्न निर्वात घटकों पर लगाए गए 190 से अधिक थर्मोकपल संवेदकों के परीक्षण और नियमित अंशांकन को भी उपरोक्त अनुरक्षण प्रबंधन प्रणाली से समन्वित किया जा रहा है ।