Update over consortium ET domein trillingsvrij koelen

Waarom is trillingsvrij koelen zo belangrijk voor de Einstein Telescope?

“De Einstein Telescope moet tien keer gevoeliger worden dan bestaande detectoren voor zwaartekrachtsgolven. Dat lukt alleen als de meetapparatuur ontzettend stil is. Niet alleen de spiegels moeten stilstaan: zelfs de atomen in de spiegellagen mogen nauwelijks bewegen. Dat krijg je alleen voor elkaar door de apparatuur te koelen tot zo’n -260 graden Celsius, vlakbij het absolute nulpunt.”

Dat is lastig?

“Er zijn allerlei koelmethodes om apparatuur zo ver te koelen, alleen wekt die technologie zelf vibraties op. Het ophangpunt van de spiegels, waar de koelleidingen aankomen, mag maar nanometers bewegen: een miljardste meter. Maar in de meeste koeltechnologie zitten compressoren die voor wel duizend keer ergere trillingen zorgen.”

En hoe pakken jullie dat aan?

“In de basis werkt onze koeltechniek hetzelfde als de huis-tuin-en-keuken koelkast: je neemt een gas op hoge druk en laat dat expanderen, zodat het meer volume inneemt en in temperatuur zakt. Het verschil zit hem in de typen gas die we gebruiken en hoe we die druk opbouwen. Wij doen dat niet met een mechanische pomp, maar met een buisje vol actieve koolstof. Dat materiaal neemt makkelijk gassen op – sorptie, voor de experts. Een klein temperatuurpulsje, en dat gas komt vrij uit het materiaal, waardoor je druk opbouwt. Zo koelen we in vier opeenvolgende stappen met verschillende gassen van tweehonderd graden onder nul – de temperatuur van vloeibaar stikstof – naar 263 graden onder het vriespunt.”

Gaat dat lukken?

“Deze koeltechniek werkt al jaren, dat is de basis van het bedrijf Kryoz dat ik 2008 heb opgericht op basis van mijn promotieonderzoek aan de Universiteit Twente (UT). Daar wordt ook al jaren onderzoek gedaan aan de trillingsvrije compressortechnologie, die is gecommercialiseerd door het bedrijf Cooll. Of we de prestaties ook trillingsarm genoeg kunnen krijgen voor de Einstein Telescope, dat willen we nu uitzoeken. Er zijn meerdere aanpakken in de race; deze gaan we nu ontwikkelen en in 2026 testen bij de ETpathfinder faciliteit in Maastricht.”

Wat maakt deze opdracht interessant voor jullie?

“Het is natuurlijk gaaf om bij te kunnen dragen aan zo’n veeleisend project als de Einstein Telescope. Daarmee laat je zien wat voor prestaties je kunt halen met je product. En goede, trillingsvrije koeling heeft allerlei toepassingen. Zo lijkt deze aanpak al best op koeltechnologie die we ontwikkelen voor gevoelige elektronenmicroscopen. Dat maakt betere analyses mogelijk van gekoelde biologische samples zoals het coronavirus met elektronenmicroscopen, of het koelen van sensoriek in ruimtevaart satellieten. Trillingsarme koeling is interessant voor allerlei toepassingen, ver voorbij de Einstein Telescope.”

Trillingsvrij koelen: ontwikkeling van trillingvrij afkoelen van spiegels tot temperatuur 10-20 K.

Over Demcon kryoz
Demcon kryoz, onderdeel van de Demcon group, in Enschede ontwikkelt geavanceerde oplossingen voor het efficiënte koelen of verwarmen van hightech systemen. Toepassingen liggen op het gebied van wetenschappelijk instrumentatie, materiaalonderzoek, telecommunicatie en medische diagnostiek. De expertise reikt van cryogene tot extreem hoge temperaturen. Demcon kryoz beschikt daarvoor over specifieke fysische kennis, uitgebreide ervaring met modelvorming, testopstellingen en eigen producten, zoals cryogene microkoelers.

Over Cooll
Cooll in Hengelo (Ov) ontwikkelt duurzame verwarming en koeling op basis van adsorptietechnologie. Het hart van de technologie is actieve kool. Cooll heeft daarvoor samen met een Amerikaanse partner de productietechnologie ontwikkeld en er in Nederland een fabriek voor ingericht. Voor woningverwarming bouwt het bedrijf nu warmtepompen die werken met actieve kool in de warmte-aangedreven adsorptiecompressor.

Over Universiteit Twente
De Universiteit Twente in Enschede (12.500 studenten, 3.900 medewerkers) is een ‘smart living lab’ waar studenten en medewerkers zorgen voor baanbrekend onderzoek, verrassende innovaties en inspirerend onderwijs. De groep Energy, Materials & Systems (EMS) van de Faculteit Technische Natuurwetenschappen doet onderzoek aan supergeleiding en cryogene technologie. Toepassingen liggen op het gebied van duurzame energie (onder meer kernfusie en hoogvermogen elektriciteitstransport) en wetenschappelijk onderzoek. EMS draagt onder meer bij aan CERN (elementaire deeltjes), ESA (ruimtevaart) en de Einstein Telescope (zwaartekrachtsgolven).