Zero-vibration Sorption Cryocooler for Einstein Telescope

Probleemstelling

Waarneming van zwaartekrachtgolven is alleen mogelijk als de vibraties van de spiegels miljarden keren wordt verminderd in vergelijking met de stilste onderzoekslaboratoria. In huidige 2de generatie (2G) detectoren zijn eerste waarnemingen gedaan en wil men met de nieuw te ontwikkelen Einstein Telescoop (de 3de generatie 3G detector) een grote stap in gevoeligheid behalen. Eén van de belangrijke technologische verbeteringen van de Einstein Telescoop is het cryogeen koelen van de belangrijkste optica tot een temperatuur van ongeveer 10 Kelvin. Van het allergrootste belang hierin is dat de cryogene koeling bij continu gebruik trillingsvrij is.    

Doelstelling 

Het consortium van DEMCON kryoz, Universiteit Twente en Cooll heeft samen met haar associate partners en subcontractors als doel trillingsvrije, op sorptie gebaseerde koeltechnologie te ontwikkelen voor toepassing in de Einstein Telescoop. De zogeheten Joule-Thomson cryokoelers gebruiken op sorptie technologie gebaseerde compressoren. Doordat deze compressie en koeltechnologie geen mechanisch bewegende onderdelen bevat, is het trillingsniveau in potentie extreem laag wanneer het systeem in gebruik is.

Beschrijving van de innovatie

De baseline van de sorptie cryokoeler bestaat uit drie trappen die thermisch met elkaar verbonden zijn via een voorkoel warmtewisselaar. Deze trappen zijn op sorptie gebaseerde Joule-Thomson (JT) koelers die temperaturen generen van respectievelijk 40 K (neon stages), 15 K (waterstof stages) en 8 K (helium stages). De compressoren van deze JT koelers zijn thermisch aangedreven en door de afwezigheid van mechanisch bewegende delen, in tegenstelling tot traditionele cryogene koelers, is de verwachting dat dit resulteert in een absoluut minimum aan gegenereerde trillingen. Om de opstarttijd aanzienlijk te verkorten wordt het systeem voorzien van een kickstarter koeler, een mechanische gedreven cryo voorkoeling (deze genereert trillingen, maar dat is in de opstartfase geen probleem). Met dit kickstarter vermogen worden stralingsschermen nabij de spiegels voorgekoeld zonder mechanisch contact. Zodra de ET-opstelling is afgekoeld neemt de (trillingsvrije) sorptie JT cryokoeler de koelfunctie over en kan de kickstarter koeler worden uitgezet.