Münster 1997 – wissenschaftliches Programm

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TT: Tiefe Temperaturen

TT 5: Sehr tiefe Temperaturen: NMR, Kryotechnik

TT 5.4: Vortrag

Montag, 17. März 1997, 16:30–16:45, F2

80 K-Miniatur-Pulsröhrenkühler mit Linearkompressor — •K. Klundt, G. Thummes und C. Heiden — Institut für Angewandte Physik, Justus-Liebig-Universität, D-35392 Giessen

Wir entwickeln einen miniaturisierten Pulsröhrenkühler (PRK) für die Kühlung von kryoelektronischen Sensoren. Die Helium-Druckwelle (Frequenz 50 Hz) im Kühler wird mit einem ventillosen Miniatur-Linearkompressor (AIM, Typ SL100, Hubraum 2.1 cm³) erzeugt. Das Pulsrohr aus Edelstahl hat eine Länge von 80 mm und einen Außendurchmesser von 3.5 mm. Als Regeneratormaterial dienen Bronze-Siebe (Maschenweite 40 µm). Es wurden sowohl die koaxiale als auch die u-förmige Anordnung von Regenerator und Pulsrohr getestet. Die besten Ergebnisse wurden mit der u-förmigen Konfiguration und in der Betriebart des PRK mit Ballastvolumen (ca. 10 cm³) und zweitem Einlaß am warmen Ende des Pulsrohres erzielt. Bei einem He-Mitteldruck von 19 bar, einem Druckhub von 3.6 bar im Pulsrohr und einer Kompressorleistung von ca. 60 W wurde bislang eine Minimaltemperatur von 78 K ohne Kühllast erreicht. Die Nettokühlleistung stieg bei Heizen des kalten Wärmetauschers linear mit 15 mW/K an. Die Abkühlzeit auf 80 K betrug 15 Minuten. Die Analyse der gemessenen Kühlleistungen zeigt, daß die Ineffektivität des Regenerators bei der Arbeitsfrequenz von 50 Hz offensichtlich einen der wesentlichen Verlustmechanismen darstellt. Eine Erhöhung der dynamischen Effektivität des Regenerators ist daher u.a. eine Voraussetzung für die weitere Steigerung des Wirkungsgrades des Miniatur-PRK.