Das Helium-Problem und Möglichkeiten zur Lösung

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Helium: Ein Blick in die Zukunft

Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen werden die kryogenfreien Systeme durch mechanische Kühler, die nur Strom und Kühlwasser benötigen, gekühlt. Sie nutzen Gifford-McMahon-Kühler oder Pulsröhrenkühler (Kaltköpfe), die durch die Kompression und Expansion einer kleinen Menge von Heliumgas niedrige Temperaturen von bis zu etwa 2,6 Kelvin erzeugen. Diese Kühler können zwei bis fünf Jahre lang fortlaufend ohne Wartung betrieben werden – also auch in Laboren, wo das Personal keine Erfahrung im Umgang mit flüssigem Helium hat.

Beide Kühler basieren auf der wiederholten Ausdehnung von Gas, durch die das Gas abkühlt. Sie haben leicht unterschiedliche thermodynamische Zyklen, doch in beiden Fällen dehnt sich das Gas, das von einem externen herkömmlichen Kompressor zugeführt wird, auf ein größeres Volumen aus und der Druck sowie die Temperatur sinken während dieses Zyklus ab. Schließlich kehrt das Gas zum Kompressor zurück und damit ist ein geschlossener Gaskreislauf durch den Kaltkopf erreicht. Das Heliumgas bleibt in diesem Kreislauf eingeschlossen und kondensiert nicht zu flüssigem Helium.

Das Ergebnis: Der Verbrauch von flüssigem und gasförmigem Helium wird dramatisch reduziert und neue Anwendungen bei extrem niedrigen Temperaturen werden nicht nur möglich, sondern lassen sich auch sehr viel kostengünstiger umsetzen. Je kostbarer Helium wird, desto wichtiger werden solche alternativen Technologien für Labore, die supraleitende Magnete einsetzen – ob in der Medizintechnik, Pharma, Chemie, Physik oder der Materialforschung.

* J. Good: Cryogenic Ltd., London, Großbritannien

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