EISKALT SPEICHERN von 293 K auf 2 K.

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1 EISKALT SPEICHERN von 293 K auf 2 K

2 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

3 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

4 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!

5 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 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

6 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

7 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 €/h

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

9 Wie sieht ein Kryostat aus
Superisolation Schutz vor Wärmestrahlung

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

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

12 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

13 Temperatur-Skalen Kelvin Celsius 373 100° Wasser kocht 295 22°
° ° ° ° ° ° ° ° ° Wasser kocht Raumtemperatur Wasser gefriert Kältetechnik Kryotechnik Stickstoff kocht Stickstoff gefriert Helium kocht CSR Betriebsmodus Absoluter Nullpunkt Temperatur-Skalen

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

15 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

16 Materialwissenschaft
Versprödung bei tiefen Temperaturen demonstration of embrittlement with various objects

17 Stofftheorie Gasgesetze Verdampfung/Konden-sation

18 Supraleitung demonstration of magnet floating on SC disc

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