Die Michigan State University bestellt eine Linde Helium Anlage für das NSCL

Das Nuclear Superconduction Cyclotron Laboratory (NSCL) an der Michigan State University blickt auf eine lange Erfahrung in der Forschung mit Hilfe von Beschleunigern zurück, die in den frühen 60er Jahren mit den Design und der Konstruktion eines 50 MeV Protonen Zyklotrons begann. Dieses Zyklotron hatte einen sehr genauen Beschleunigerstrahl und wurde benutzt um detaillierte Messungen auf dem Gebiet der Nuklearphysik zu erhalten. In den frühen 70er Jahren waren Supraleitungs- und Kryotechnik soweit entwickelt, dass es möglich wurde kompaktere – und günstigere – Beschleuniger zu bauen, indem man supraleitende Magnetspulen bei Flüssigheliumtemperatur einsetzte. Bei diesen Temperaturen verlieren einige Materialien ihren elektrischen Widerstand und ermöglichen die Erzeugung möglichst starker Magnetfelder für die Kontrolle des Beschleunigerstrahls ohne ständigen Energieverbrauch.

Siedendes Helium hält die Magnete auf einer Temperatur von 4.5 Kelvin. Bei dieser Temperatur bleibt das Kabel supraleitend und bei geringem Stromverbrauch kann ein starkes Magnetfeld aufgebaut werden. Dies ist der Grund warum Kryotechnik eingesetzt wird: Magnete bauen kompakter und kosten weniger im Unterhalt. Um die Menge des benötigten Flüssigheliums zu minimieren, wird Flüssigstickstoff als Wärmeschild für die Magnetkryostate eingesetzt. Flüssigstickstoff wird ebenfalls zur Vorkühlung bei der Helium Rückverflüssigung verwendet.

Am NSCL sind die supraleitenden Magnete über den ganzen Laborkomplex verteilt. Ein Heliumverflüssiger befindet sich an einem Ende des Geländes und das Flüssighelium muss an alle Magnete verteilt werden. Einige Magnete werden so betrieben, dass das abdampfende Gas in kaltem Zustand zurückgeführt wird (es braucht weniger Energie kaltes Gas zu verflüssigen). Einige Magnete sind so effizient, dass sie lediglich einer regelmässigen Auffüllung mit Flüssighelium bedürfen. Diese retournieren zur Verflüssigung ausschliesslich Gas bei Umgebungstemperatur. Transferleitungen und Verteilboxen verteilen Flüssighelium und Flüssigstickstoff, sowie das jeweilige kalt zurück genommene Gas. Drei Helium Verflüssiger erzeugen das Flüssighelium. Der Flüssigstickstoff wird jeden zweiten Tag per Lastwagen angeliefert. Jede Lieferung umfasst gut 22.7 Tausend Liter und wird in einen 34 Tausend Liter Tank gepumpt.

Linde wird eine neue Helium Kälteanlage liefern, dessen Aufgabe es sein wird, den supraleitenden Linearbeschleuniger (SC LINAC) am NSCL zu kühlen. Überkritisches Helium wird als Kühlmedium, in den Kavitäten benutzt werden.

Lindes Lieferumfang beinhaltet einen Kompressor und zwei Coldboxen: Die erste Coldbox kühlt komprimiertes Helium von Umgebungstemperatur mit Hilfe eines modifizierten Brayton Prozesses auf das Temperaturniveau von Flüssighelium ab. Das überkritische Helium wird beim Verlassen der ersten Coldbox entweder gedrosselt und als flüssiges Helium der zweiten Coldbox zugeführt, oder es wird mittels einer Rohrschlange in einem Flüssigheliumbehälter unterkühlt und auf ca. 3 bar gedrosselt um die Kavitäten des SC LINAC zu kühlen. Der von den Kavitäten zurück kehrende Heliumstrom wird zur Abscheidung allfälliger Flüssigkeitstropfen in den Flüssigheliumbehälter geleitet, von wo gasförmiges Helium wieder der Niederdruckseite der ersten Coldbox zugeführt wird.

Das Design der Anlage und die Turbinen werden von der Linde Kryotechnik AG in der Schweiz geliefert. Die Coldbox wird von der Linde Cryogenics in den USA hergestellt