Kryostat - LinkFang.de





Kryostat


Als Kryostat (griechisch κρυος ‚kalt‘) wird ein Kühlgerät bezeichnet, mit dem sehr tiefe Temperaturen erreicht und konstant gehalten werden können. Anwendung finden Kryostaten u. a. in der Tieftemperaturphysik, der Supraleittechnik und zur Kühlung von Infrarot-Detektoren.[1]

Kühlprinzip

Man unterscheidet Badkryostaten, Verdampferkryostaten, Mischungskryostaten und Refrigeratorkryostaten.

Im Badkryostaten ist das zu kühlende Objekt von einer Kryoflüssigkeit umgeben. Als Kryoflüssigkeit dienen oft Flüssigstickstoff (Siedetemperatur: −195,8 °C / 77,4 K) oder flüssiges Helium (Siedetemperatur: −268,93 °C / 4,2 K).[1]

Im Verdampferkryostaten erfolgt die Kühlung mit kaltem Gas, das durch Verdampfen und Anwärmen einer Kryoflüssigkeit erzeugt wird. Dadurch können im Verdampferkryostaten Temperaturen zwischen knapp über dem Siedepunkt der Kryoflüssigkeit bis zur Raumtemperatur eingestellt werden. Temperaturen unterhalb des Siedepunkts der Kryoflüssigkeit können durch Verringern des Druckes über der Kühlflüssigkeit und der damit verbundenen Erniedrigung des Siedepunktes erzielt werden (siehe Dampfdruck).[1]

Mischungskryostaten erzeugen tiefe Temperaturen im Millikelvin-Bereich. Dabei wird der thermodynamische Phasenübergang zwischen einer 3He-reichen und 3He-armen Phase bei der 3He-4He-Mischungskühlung ausgenutzt.[2]

Im Refrigeratorkryostaten erfolgt die Kühlung durch einen Kleinkühler (Cryocooler) und somit ohne Kryoflüssigkeit.[1]

Aufbau

Um den Kryostaten mit möglichst wenig Energieaufwand kühlen zu können, ist eine sehr gute thermische Isolation notwendig. Die Wärmezufuhr durch Konvektion wird durch Einbau der kalten Bauteile in einen evakuierten Behälter verringert. Die Befestigung der kalten Bauteile am warmen äußeren Behälter erfolgt zur Verringerung der Wärmeleitung an möglichst wenigen Stellen mit Aufhängungen und Abstützungen kleiner Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmestrahlung wird durch in den evakuierten Zwischenraum eingebaute entweder aktiv gekühlte oder passive Wärmestrahlungsschilde reduziert. Als passive Wärmestrahlungsschilde dienen oft ca. 10- bis 30-fach übereinandergeschichtete metallbedampfte Kunststofffolien, die sogenannte Superisolation.[3] Zudem muss das gesamte Kühlsystem des Kryostaten hundertprozentig gasdicht sein, da ansonsten der gesamte Prozess zusammenbricht.[4]

Die Form des Kryostaten ist an seine jeweilige Aufgabe angepasst. So sind z. B. Kryostaten für Messungen in Magnetfeldern an die Öffnung des Messmagneten angepasst und Kryostaten für optische Messungen sind mit Fenstern für den Messstrahl ausgerüstet.

Anwendung

Kryostaten werden zur Untersuchung oder zur Nutzung von Tieftemperatur-Phänomenen eingesetzt: z. B. zur

Siehe auch

Literatur

  • Jack W. Ekin: Experimental Techniques for Low Temperature Measurements: Cryostat Design, Materials, and Critical-Current Testing. Oxford University Press (2006), ISBN 978-0198570547

Weblinks

 Commons: Kryostaten  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Karl Jousten: Wutz Handbuch Vakuumtechnik: Theorie und Praxis. 9. überarb. u. erw. Auflage. Vieweg+Teubner Verlag, 2006, ISBN 978-3-8348-0133-3 (S.409 in der Google-Buchsuche).
  2. Christian Enss,Siegfried Hunklinger: Low-temperature physics. Springer, 2005, ISBN 978-3-540-23164-6 (S.470 in der Google-Buchsuche).
  3. Christian Enss,Siegfried Hunklinger: Tieftemperaturphysik. Springer, 2000, ISBN 978-3-540-67674-4 (S.372 in der Google-Buchsuche).
  4. B. Renard, G. Dispau u.a.: Ten years of cryomagnetic W7-X test facility construction and operation. In: Cryogenics. 51, 2011, S. 384–388, doi:10.1016/j.cryogenics.2011.03.005 .

Kategorien: Laborgerät | Festkörperphysik

Quelle: Wikipedia - http://de.wikipedia.org/wiki/Kryostat (Vollständige Liste der Autoren des Textes [Versionsgeschichte])    Lizenz: CC-by-sa-3.0

Änderungen: Alle Bilder mit den meisten Bildunterschriften wurden entfernt. Ebenso alle zu nicht-existierenden Artikeln/Kategorien gehenden internen Wikipedia-Links (Bsp. Portal-Links, Redlinks, Bearbeiten-Links). Entfernung von Navigationsframes, Geo & Normdaten, Mediadateien, gesprochene Versionen, z.T. ID&Class-Namen, Style von Div-Containern, Metadaten, Vorlagen, wie lesenwerte Artikel. Ansonsten sind keine Inhaltsänderungen vorgenommen worden. Weiterhin kann es durch die maschinelle Bearbeitung des Inhalts zu Fehlern gerade in der Darstellung kommen. Darum würden wir jeden Besucher unserer Seite darum bitten uns diese Fehler über den Support mittels einer Nachricht mit Link zu melden. Vielen Dank!

Stand der Informationen: August 201& - Wichtiger Hinweis: Da die Inhalte maschinell von Wikipedia übernommen wurden, ist eine manuelle Überprüfung nicht möglich. Somit garantiert LinkFang.de nicht die Richtigkeit und Aktualität der übernommenen Inhalte. Sollten die Informationen mittlerweile fehlerhaft sein, bitten wir Sie darum uns per Support oder E-Mail zu kontaktieren. Wir werden uns dann innerhalb von spätestens 10 Tagen um Ihr Anliegen kümmern. Auch ohne Anliegen erfolgt mindestens alle drei Monate ein Update der gesamten Inhalte.