EISKALT SPEICHERN von 293 K auf 2 K

Inhalt Motivation für einen tiefkalten Speicherring Einleitung in die Kryotechnik Temperaturskala, Kryogenik LN2 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

Heidelberg TestSpeicherRing TSR Ring wird bei Raumtemperatur betrieben Druck= 3*10-11 mbar: Umfang: 55m 1 Mio. Umläufe/s Injektionsbahn Ring wird bei Raumtemperatur betrieben

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

Um Molekülionen bei T=10 K zu erhalten Molekülphysik am TSR Neutrale H and D Beispiel: HD+ + e-  H + D Rekombinationsrate hängt stark vom Quanten- zustand ab e- 300 K Situation (TSR) HD+ 10 K am CSR n=4 Nach Produktion in der Quelle n=3 Quantenzustand nach 10-1000 s Speicherzeit Nach einigen Sekunden Speicherzeit n=2 n=1 Rotationsquantenzustand J=0 n=0 Um Molekülionen bei T=10 K zu erhalten ist ein Cryogenischer SpeicherRing CSR notwendig! n=0

Dampfdruckkurven Sinn der 2 K : Reduktion der Hintergrundstrahlungs-heizung auf die Molekülionen Effektive Pumpleistung für Wasserstoff zur Gewährleistung langer Speicherzeiten H2 4 2 K 4.5 K

Wie sieht ein Kryostat aus 3 Prozesse heizen die kalte Kammer : 2 K Helium-Leitung Gasfluß (Konvektion) Wärmestrahlung Wärmeleitung Ionenstrahl 2 K Vakuum-Kammer Plancksche Strahlungsgesetz: P ~ 170 kW 1W verdampft bei 4,5 K ca. 1 l He/h 1 l He kostet ca. 5 € Verbrauch ca. 850000€/h

Wie sieht ein Kryostat aus 1E-6 mbar 2 K Pumpe Schutz vor Konvektion

Wie sieht ein Kryostat aus Superisolation Schutz vor Wärmestrahlung

Wie sieht ein Kryostat aus 2 K Leitung 4,5 K Helium-Leitungen Haltedrähte Schutz vor Wärmeleitung

CSR Helium-Kälteanlage He-Pumpe Heliumspeicher Wärmetauscher Ölabscheider He-Pumpe Kompressor COLD BOX

Helium-Puffer LN-Behälter Cold Box Kompressor Verbindungs-Box 4,5 K, 1 bar Cold Box Kompressor 300 K, 15 bar Verbindungs-Box 2 K, 16 mbar

Temperatur-Skalen Kelvin Celsius 373 100° Wasser kocht 295 22° 373 100° 295 22° 273.15 0° 120 -153° 77 -196° 63 -210° 4.2 -269° 1.8 -271° 0 -273° Wasser kocht Raumtemperatur Wasser gefriert Kältetechnik Kryotechnik Stickstoff kocht Stickstoff gefriert Helium kocht CSR Betriebsmodus Absoluter Nullpunkt Temperatur-Skalen

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

Leidenfrost Oberflächenspannung Leidenfrost-Effekt surface tension - cold water does not pass through a piece of wool cloth, liquid nitrogen does Leidenfrost effect - droplets on table

Materialwissenschaft Versprödung bei tiefen Temperaturen demonstration of embrittlement with various objects

Stofftheorie Gasgesetze Verdampfung/Konden-sation

Supraleitung demonstration of magnet floating on SC disc

Luminiszenz Lumineszenz Ausflug in die Chemie: Chemieluminiszenz influence of temperature on a pn transition influence of temperature on a chemical reaction