Der Heliumgefäß des Weithals GFK-Kryostaten hat ein Volumen von ca. 9,3l.
Die Abdampfrate beträgt ca. 0,83%/h für einen Kryostaten ohne Einbauten. Ein mit Flüssighelium gefüllter Kryostat bleibt mindestens 120 Stunden, d.h. ca. 5 Tage, kalt (4,2 K).
Der Kryostat wird aus nichtmagnetischen Materialien, vorwiegend aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Bei einem „kalten“ Kryostaten hält das Isolationsvakuum typischerweise viele Monate, d.h. das verwendete Material für den inneren Behälter und vor allem der Hals sind heliumdicht. “Heliumgas-Dichtigkeit”-Tests wurden entsprechend den firmeninternen QM-Anforderungen durchgeführt.
Einsatz von Kryostaten
Behälter zum Aufbewahren kryogener Flüssigkeiten werden als "Kryostat" oder "Dewar" bezeichnet, wobei die Bezeichnungen Kryostat und Dewar Synonyme sind. Kryostaten für flüssiges Helium (Siedetemperatur: 4,2 K = -269°C = -452°F; @ 101,3 kPa) werden üblicherweise zum Aufbewahren dieser kryogenen Flüssigkeiten verwendet, für den Einsatz in der Tieftemperatur-Supraleitung. Sie wurden für hochempfindliche elektrische oder magnetische Messungen entwickelt [1]. GFK hat sich wegen den niedrigen paramagnetischen Verunreinigungen, der mechanischen Stabilität und hinreichenden vakuumtechnischen Eigenschaften als optimales Material im Kryostaten-Bau bewährt. Diese Kryostate werden beispielsweise für geophysikalische Messungen, für biomagnetische Untersuchungen oder für physikalische Grundlagenuntersuchungen benötigt. Das weiße Rauschen unserer Standardkryostate liegt unter 3fT/Hz1/2. Das Erreichen niedrigerer Rauschwerte ist auf Anfrage möglich.
Entwicklungsarbeiten sowie langjährige Erfahrungen ermöglichen der Supracon AG Kryostaten aus glasfaserverstärktem Kunststoff wie GFK zu fertigen. Diese GFK-Kryostate haben sich seit Jahren in vielfältigen Anwendungen diverser eigener Gerätesysteme (www.supracon.com) unter teils rauen Umgebungsbedingungen bewährt.
Superisolation und Strahlungsschirme
Gekühlte Strahlungsschirme und eine spezielle Superisolation sind für die thermische Isolation von Heliumkryostaten unerlässlich. Die Superisolation ist um den inneren Behälter gewickelt. Die Strahlungsschirme sind thermisch an den Hals gekoppelt.
Die Superisolation besteht aus mehreren Schichten Mylarfolie (dünne Plastikfolie mit einer einseitig aufgedampfter Aluminiumschicht). Sowohl zwischen dem inneren und äußeren Behälter als auch zwischen den Strahlungsschirmen befinden sich mehrere Schichten Superisolation.
Spezifikation des Weithals-Kryostaten
Geometrische Abmessungen:
Höhe: 576 mm
Außendurchmesser: 261 mm
Halsdurchmesser: 155 mm
Halslänge: 206 mm
Helium Reservoir: 9,3 l
Die thermischen Leistungsdaten des Kryostaten nach einem Nachfüllen sind wie folgt:
Abdampfrate für den Kryostaten ohne Einbauten: ca. 0,83 %/h.
Verdampfungsrate: ca. 1,9 l/d
Haltezeit eines „kalten“ (4,2 K) Kryostaten ca. 120 Stunden (ca. 5 Tage).
Literatur
[1] P. Seidel, Applied Superconductivity, Handbook on Devices and Applications, Vol. 2, Weinheim, Wiley-VCH, 2015.