KNF Pumpen verschieben die Grenzen der Kryotechnik

Annäherung an den absoluten Nullpunkt

Kryotechnologie hat sich in vielen Bereichen als unverzichtbar erwiesen. Ihre einzigartige Fähigkeit, Temperaturen von bis zu 4,15 °K (-269 °C) zu erreichen und aufrechtzuerhalten, ermöglicht die Annäherung an den absoluten Nullpunkt – die niedrigste theoretisch erreichbare Temperatur. Ihre Anwendungen reichen von der wissenschaftlichen Forschung bis hin zu industriellen Prozessen, bei denen eine präzise Temperaturkontrolle unerlässlich ist. So erforschen Wissenschaftler mit Hilfe von Kryostaten die Quantenphysik, Supraleitung und die Eigenschaften von Materie auf molekularer und atomarer Ebene. Kryostaten sind auch in der Kryokonservierung von unschätzbarem Wert, wo sie biologische Proben bei ultratiefen Temperaturen konservieren und so Fortschritte in der regenerativen Medizin und im Biobanking ermöglichen.

Verflüssigung und Verdampfung: Kryogene Kühlung mit Helium

Das Herzstück eines Kryostaten ist sein Fluidsystem, das sich die Kühleigenschaften von flüssigem Helium zunutze macht: Das verflüssigte Helium wird verdampft und expandiert, wodurch ein starker Kühleffekt entsteht. Eine Pumpe fördert dann das gasförmige Helium und komprimiert es leicht, damit ein größerer Kompressor das Helium wieder verflüssigen kann.
 
Der Temperaturbereich, der mit einem herkömmlichen Bad aus flüssigem Helium-4 (⁴He) erreicht werden kann, lässt sich durch die Verwendung des seltenen Helium-3-Isotops (³He) weiter senken, so dass noch tiefere Temperaturen in Kryostaten erreicht werden können. Im Gegensatz zum herkömmlichen Helium-4-Isotop hat Helium-3 bei gleicher Temperatur einen deutlich höheren Dampfdruck, wodurch sich der Temperaturbereich um bis zu 0,3 Kelvin erweitert. Mit Helium-3 können daher bestimmte Phänomene bei extrem tiefen Temperaturen, wie z. B. die Bildung von Bose-Einstein-Kondensaten beobachtet werden. Aufgrund der extremen Seltenheit von Helium-3 ist es jedoch ein hermetisch dichtes System unerlässlich, um ein Entweichen des wertvollen und daher sehr teuren Gases in die Atmosphäre zu verhindern und eine optimale Leistung und Effizienz des Kompressors zu gewährleisten. Hierbei spielen besonders leckagearme Pumpen von KNF wie die N 630 eine Schlüsselrolle.

Wie die meisten KNF Pumpen kann auch die N 630 Membrangaspumpe an die speziellen Anforderungen von Kryostatsystemen angepasst werden. Ihre Hauptaufgabe besteht dabei darin, ein vollständig gasdichtes System sicherzustellen, das den Austritt von Helium und das Eindringen von Luft verhindert. Darüber hinaus spielt sie eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung des Heliumdrucks und -durchflusses, die für den effizienten Betrieb des Kompressors und den Rückverflüssigungsprozess des Heliums erforderlich sind. Eine maßgeschneiderte Gaspumpe von KNF eignet sich daher ideal für die Anforderungen von Kryostaten und gewährleistet eine zuverlässige Leistung bei gleichzeitiger Minimierung von Heliumverlusten und Verbesserung der allgemeinen Betriebseffizienz.