ENGINEERINGNET.BE - Het consortium bouwt een trillingsvrije hoogvermogen-sorptiekoeler met een volledig gesloten systeem, die compatibel is met de ultrahoogvacuüm omgeving van de Einstein Telescoop (ET).
Dit geldt als een wereldprimeur op het gebied van cryocoolertechnologie voor extreem lage temperaturen.
Door alle subsystemen via zorgvuldig ontworpen interfaces met elkaar te verbinden, is een betrouwbare oplossing voor de cryocooler-uitdaging gerealiseerd.
De ET gaat zwaartekrachtgolven meten die worden veroorzaakt door gigantische kosmische klappen diep in het vroege heelal.
Vanwege de astronomische afstanden komen ze bij de aarde aan als minuscule rimpelingen. Die zijn alleen bij extreem lage temperaturen en in volstrekte stilte te meten.
Trillingsvrij koelen is dus een van de grote uitdagingen hierbij. Koeling is een cyclisch proces waarbij een koelmedium, zoals een gas, warmte onttrekt aan de te koelen plek en elders afvoert.
Hiervoor is compressie van gas nodig. Bestaande compressoren hebben bewegende delen die worden aangedreven door een motor. Dat veroorzaakt echter trillingen.
Sorptiekoeling werkt met adsorptie en desorptie van het gas door actieve kool.
Tijdens de compressiestap wordt het geadsorbeerde gas op de kool verhit, waardoor het vrijkomt en druk kan worden opgebouwd voor het koelproces. Een door warmte aangedreven stap, zonder bewegende delen.
Het consortium ging aan de slag met opschaling van de sorptiekoeltechnologie, waarbij al meerdere mijlpalen zijn bereikt.
Er wordt nu gewerkt aan de sorptiecompressor en het assembleren van de eerste systemen.
Doel is deze zomer één systeem volledig te integreren in het Hoge Druk Lab van UTwente. Eind 2026 moet het eerste volledige systeem gereed zijn.
Cooll leverde begin dit jaar de sorptiecompressorcellen, gevuld met actieve koolpillen voor de adsorptie van koelgas.
Dit bedrijf is de enige ter wereld die deze koolpillen met zo'n groot intern oppervlak kan maken, waardoor ze zeer efficiënt zijn.
Voor de speciale cryogene toepassing binnen de ET is veel werk gestoken in het optimaliseren van het ontwerp en het uitvoeren van levensduurtesten, zodat de koolpillen zeker tien jaar meegaan.
Voor de ET maken de sorptiekoelers deel uit van een efficiënt drietrapskoelproces dat begint bij de temperatuur van vloeibaar stikstof.
Er is een 'kickstarter'-systeem dat de voorkoeling verzorgt voordat de sorptiekoeler het overneemt. Daarvoor leverde Stirling Cryogenics speciale cryogene pompen.
Demaco legde de stikstofinfrastructuur aan in de faciliteiten van UTwente en UMaastricht. Ook werd specialistische kennis ingebracht door partners als Astron, het Nederlands instituut voor radioastronomie, onder meer over zwarte warmte-absorberende coatings.
Het eindresultaat is een uniek koelsysteem en een grote verbeterslag ten opzichte van de bestaande koeltechnieken.
De nieuwe technologie kan ook interessant zijn voor quantumcomputers, bij nog lagere temperaturen.
