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Physik am Samstagmorgen März 2007 EISKALT SPEICHERN von 293 K auf 2 K.

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Präsentation zum Thema: "Physik am Samstagmorgen März 2007 EISKALT SPEICHERN von 293 K auf 2 K."—  Präsentation transkript:

1 Physik am Samstagmorgen März 2007 EISKALT SPEICHERN von 293 K auf 2 K

2 Physik am Samstagmorgen März 2007 Inhalt Motivation für einen tiefkalten Speicherring Einleitung in die Kryotechnik –Temperaturskala, Kryogenik –LN 2 Eigenschaften und Effekte Materialwissenschaft –Versprödung bei niedrigen Temperaturen Elektromagnetismus –Abhängigkeit des Widerstandes von der Temperatur Stofftheorie und kin. Gastheorie –Abhängigkeit der Luminiszenz von der Temperatur –Gasgesetze –Kondensation/Verdampfung

3 Physik am Samstagmorgen März 2007 Heidelberg TestSpeicherRing TSR Druck= 3* mbar: Umfang: 55m Injektionsbahn 1 Mio. Umläufe/s Ring wird bei Raumtemperatur betrieben

4 Physik am Samstagmorgen März 2007 Molekülphysik am TSR Beispiel: HD + + e - H + D Neutrale H and D e-e- HD+ Um Molekülionen bei T=10 K zu erhalten ist ein Cryogenischer SpeicherRing CSR notwendig! Rekombinationsrate hängt stark vom Quanten- zustand ab Bei Raumtemperatur sind Rotations- und Vibrationszustände angeregt Eindeutige Messung, wenn alle Zustände im Grundzustand. Dies ist bei T< 10 K der Fall

5 Physik am Samstagmorgen März 2007 Molekülphysik am TSR Beispiel: HD + + e - H + D Neutrale H and D e-e- HD+ 10 K am CSR J Quantenzustand nach s Speicherzeit Nach einigen Sekunden Speicherzeit Nach Produktion in der Quelle 300 K Situation (TSR) Rotationsquantenzustand Um Molekülionen bei T=10 K zu erhalten ist ein Cryogenischer SpeicherRing CSR notwendig! Rekombinationsrate hängt stark vom Quanten- zustand ab

6 Physik am Samstagmorgen März 2007 Dampfdruckkurven K H2H2 2 K Sinn der 2 K : Reduktion der Hintergrundstrahlungs- heizung auf die Molekülionen Effektive Pumpleistung für Wasserstoff zur Gewährleistung langer Speicherzeiten

7 Physik am Samstagmorgen März 2007 Wie sieht ein Kryostat aus 2 K Vakuum-Kammer 2 K Helium-Leitung 3 Prozesse heizen die kalte Kammer : Gasfluß (Konvektion) Wärmestrahlung Wärmeleitung Plancksche Strahlungsgesetz: P ~ 170 kW 1W verdampft bei 4,5 K ca. 1 l He/h 1 l He kostet ca. 5 Verbrauch ca /h Ionenstrahl

8 Physik am Samstagmorgen März E-6 mbar Pumpe 300 K 2 K Wie sieht ein Kryostat aus Schutz vor Konvektion

9 Physik am Samstagmorgen März K 2 K 40 K Superisolation Wie sieht ein Kryostat aus Schutz vor Wärmestrahlung

10 Physik am Samstagmorgen März ,5 K Helium-Leitungen Wie sieht ein Kryostat aus Schutz vor Wärmeleitung 2 K Leitung Haltedrähte

11 Physik am Samstagmorgen März 2007 Kompressor Ölabscheider COLD BOX Heliumspeicher Helium-Kälteanlage CSR He- Pumpe Wärmetauscher

12 Physik am Samstagmorgen März 2007 Verbindungs-Box Cold Box Helium- Puffer Kompressor LN-Behälter 300 K, 15 bar 4,5 K, 1 bar 2 K, 16 mbar

13 Physik am Samstagmorgen März 2007 Wasser kocht Raumtemperatur Wasser gefriert Kältetechnik Kryotechnik Stickstoff kocht Stickstoff gefriert Helium kocht CSR Betriebsmodus Absoluter Nullpunkt Kelvin Celsius ° ° ° ° ° ° ° ° ° Temperatur-Skalen

14 Physik am Samstagmorgen März 2007 Kryogene Farb- und geruchlos Hauptkomponente d. Luft (79%) Verflüssigungstemp.: -196°C Herstellung d. Luftverflüssigung Farb- und geruchlos, Edelgas Spurenanteile in Luft Verflüssigungstemp.: -269°C Erdgasquellen Helium Stickstoff

15 Physik am Samstagmorgen März 2007 Leidenfrost OberflächenspannungLeidenfrost-Effekt

16 Physik am Samstagmorgen März 2007 Materialwissenschaft Versprödung bei tiefen Temperaturen

17 Physik am Samstagmorgen März 2007 Stofftheorie GasgesetzeVerdampfung/Konden -sation

18 Physik am Samstagmorgen März 2007 Supraleitung

19 Physik am Samstagmorgen März 2007 Luminiszenz Lumineszenz Ausflug in die Chemie: Chemieluminiszenz


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