GFK-Kryostat für einen Kryostromkomparator

Großvolumiger Glasfaser-LHE-Kryostat mit Strahlrohr, entwickelt für einen Kryostromkomparator (Cryogenic Current Comparator - CCC).
Ein Kryostromkomparator wird zur Strahldiagnostik in Beschleunigern und Speicherringen eingesetzt.
 

Zweck eines Kryostromkomparators

Kryostromkomparatoren (CCC) wurden für das elektrische Mess- und Eichwesen entwickelt, um die Verhältnisse zweier elektrischer Ströme mit höchster Präzision zu vergleichen [1]. Dies wird beispielsweise für hochpräzise Widerstandsmessungen, für die berührungslose Messung kleinster Ströme oder für die Verstärkung kleiner Ströme benötigt.

Die Intensität von Strahlströmen in Teilchenbeschleunigern oder Speicherringen muss messbar sein. Ein großes Problem entsteht, wenn Folgendes erforderlich ist:

der Strahl (energetisch) unbeeinflusst sein muss

sehr kleine Strahlströme gemessen werden müssen

eine Reduzierung der Messungen auf das nationale Normal möglich ist

In der Beschleunigerforschung ist die Überwachung und zerstörungsfreie Messung sehr kleiner Strahlintensitäten eine große Herausforderung. Die zu messende Strahlströme werden durch geladene Teilchen wie Ionen, Protonen oder Antiprotonen erzeugt. Die Herstellung von Antiteilchen ist besonders aufwändig und die Ausbeute gering.

Eine Lösung für dieses Problem ist die Detektion des von den bewegten geladenen Teilchen erzeugten Magnetfelds mithilfe eines zerstörungsfreien Strahlüberwachungssystems basierend auf dem CCC-Prinzip [2].

Der CCC besteht aus einem supraleitenden Tieftemperatur-SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), einer supraleitenden ringförmigen Aufnahmespule und einer hochwirksamen mäanderförmigen supraleitenden Abschirmung. Dieses Gerät ermöglicht die Messung von kontinuierlichen (DC) und gepulsten Strahlströmen.

Je nach Frequenzbereich soll eine Stromauflösung von 6 - 65 pA Hz-1/2 erreicht werden, die die Messung von Ionenstrahlen mit Intensitäten bis hinunter zu 107 Teilchen pro Sekunde mit hoher Genauigkeit ermöglicht.

Um solch winzige Ströme zu messen, verwenden die CCCs eine DC-SQUID-Messtechnik [3], die eine Kühlung mit flüssigem Helium (4,2 K) erfordert, also Kryostaten.

Bisher wurden diese Kryostaten für CCC aus metallischem Material hergestellt. Um Rauschen aufgrund elektromagnetischer Störungen zu verhindern, wurden die störenden Kreisströme im 4,2-K-Bereich unterbrochen.

Eine naheliegende Lösung dieses Problem zu vermeiden ist, ein Kryostat aus glasfaserverstärktem Epoxidharz zu fertigen. Ein neuer Ansatz ermöglicht es der Supracon AG die Herstellung des ersten Glasfaser-Kryostaten für einen CCC. Das innovative Design der Supracon AG verlegt die Stromkreisunterbrechung in einen Umgebungstemperaturbereich des Kryostaten.


 

Eigenschaften des Kryostats

Höhe: 900 mm
Durchmesser: 488 mm
Gesamtdurchmesser: 540 mm
Halsdurchmesser: 120 mm
Strahlrohrdurchmesser: 50 mm
Helium-Reservoir: 70 l