Techniklexikon

Helium-Verdampfungskryostat

Helium-Kryostat, ein Verdampfungskryostat mit flüssigem Helium als Kältemittel. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass bei der Verdampfung einer Flüssigkeit stets die schnellsten Moleküle in die Dampfphase treten, die verbleibende flüssige Phase also Wärme verliert. Durch Abpumpen des Dampfes kann so ein kontinuierlicher Kühlprozess aufrechterhalten werden. Da Helium die Substanz mit dem niedrigsten Siedepunkt ist (4,2 K bei Normaldruck), können mit Helium-Verdampfungskryostaten die tiefsten Temperaturen nach diesem Prinzip erhalten werden. Bis zur Erreichung der gewünschten Temperatur wird flüssiges Helium am Kühlkopf vorbeigeleitet, wo es verdampft (Abb.). Das austretende Gas wird zur Kühlung der Strahlungsschutzvorrichtung verwendet und mit einem Kompressor erneut verflüssigt. Nach Erreichen der Solltemperatur kann diese mit minimalem Kühlmittelaufwand aufrechterhalten werden. Bei tiefsten Temperaturen (etwa < 1-2 K) versagt das Verfahren, da aufgrund des mit der Temperatur exponentiell abnehmenden Dampfdrucks kein verwertbarer Kühleffekt mehr erreicht werden kann.

Helium-Verdampfungskryostat: Aufbau. a: He-Vorratsgefäss, b: evakuiertes Gehäuse, c: Verdampfer, d: zu kühlende Probe, e: Regelventil, f: Manometer, g: Verbindung zur He-Rückgewinnung, h: Vakuumpumpe, i: Abgasaustritt, k: Kühlkopf, l: Vakuummantelheber, m: abgasgekühlte Rohrschlange (gleichzeitig Strahlungsschutz).