Konzeptionelles Design eines He-II Versorgungskryostaten für die experimentelle Untersuchung kryogener Spiegelaufhängungen in Gravitationswellendetektoren

Im Rahmen des ERC-Projekts GRAVITHELIUM sollen kryogene Spiegelaufhängungen für die optischen Elemente in Gravitationsdetektoren in vollem Maßstab auf ihre mechanischen Dissipationseigenschaften untersucht werden. Hierfür sollen neben monokristallinen Aufhängungen auch mit superfluidem Helium (He-II) gefüllte doppelwandige Titanrohre vermessen und ihre Tauglichkeit für das Einstein-Teleskop untersucht werden. Zusätzlich soll der noch unbekannte fundamentale Rauschbeitrag von statischem He-II zur mechanischen Dissipation in einem Schwingsystem charakterisiert werden. Für GRAVITHELIUM wird deshalb ein He-II Versorgungskryostat auf Labormaßstab benötigt, welcher eine Kälteleistung von 400 mW bei 1.8 K über eine ca. 5 m lange Transferleitung bereitstellen kann. Das vorgestellte Konzept, das einen speziell entwickelten, neuartigen Wärmeübertrager einsetzt, verspricht eine signifikante Steigerung der Systemleistung im Vergleich zu kompakten kommerziellen He-II Verflüssigern. Zusätzlich erlauben ein überkritischer Heliumstrom und ein warmer Bypass eine schnelle, kontrollierbare Abkühlung des Kryostaten, der Transferleitung und des Experiments.