Demcon kryoz werkt met UT en Cooll aan trillingsvrije koeltechniek voor Einstein Telescope

Maar wat is dat eigenlijk, die Einstein Telescope? “Het is een nieuwe generatie meetapparatuur dat gravitational waves – zwaartekrachtgolven - kan meten, maar dan een stuk gevoeliger dan de bestaande meetapparatuur”, legt Pieter Lerou, managing director van Demcon kryoz uit. De Einstein Telescope moet onderzoekers in staat stellen om research te doen naar het geboorteproces van zwarte gaten, de structuur van neutronensterren en de aard van het heelal direct na de oerknal.

Man-op-de-maanproject

De Einstein Telescope is een zogenaamd Big Science-project, of zoals Lerou het noemt, een ‘man-op-de-maanproject’. De Einstein Telescope moet gebouwd worden in de regio van het Drielandenpunt of op Sardinië. Bij het Drielandenpunt zou het gaan om een ondergronds observatorium bestaand uit drie gangen van elk tien kilometer lang. Lerou: “Er wordt al jaren onderzoek naar gedaan. Inmiddels zitten we in het stadium van de realisatie van de telescoop. Hoe gaan we dat doen en welke technieken zijn daarvoor nodig? Daar zitten allerlei technische uitdagingen in. Eén daarvan is vibratievrij koelen. Er is een aanvraag de deur uitgegaan welke partijen in Nederland daar een oplossing voor aan kunnen dragen. Wij hebben ons daar samen met de UT en Cooll op ingeschreven en onze aanvraag werd gehonoreerd. Als één van de eerste bedrijven hebben we een stoel aan tafel gekregen.”

Belang van koeltechniek

Zodoende werken Demcon kryoz, UT en Cooll sinds januari aan een nieuw soort koeltechniek voor de Einstein Telescope. “Het systeem moet de dunne lagen op de spiegels van de Einstein Telescope gaan koelen”, legt Lerou uit. “Dat is belangrijk om tot een goede waarneming van de zwaartekrachtgolven te komen. Als er niet gekoeld wordt, dan worden er allerlei andere effecten gemeten waarvan de impact groter is dan de impact van de zwaartekrachtgolven. Dan meet je vooral ruis. Door te koelen tot vloeibare heliumtemperaturen (omstreeks -265 graden Celsius, red.) kan je die zwaartekrachtgolven wel meten, zonder ruis. Daarbij geldt dat hoe verder je koelt, hoe beter het beeld van de zwaartekrachtgolven is.”

Compressor

Demcon kryoz heeft jarenlange ervaring in het ontwikkelen van trillingsvrije cryogene koelsystemen, maar de ontwikkeling van het koelsysteem voor de Einstein Telescope is ook voor het Enschedese bedrijf next-level. “Er zijn een paar grote verschillen tussen de koeltechniek die we voor de Einstein Telescope ontwikkelen en de producten die we industrieel ontwikkelen; de afmetingen en het vermogen dat je nodig hebt zijn anders, maar ook de temperatuur. Wij maken veel systemen die koelen tot honderd graden Kelvin, voor de Einstein Telescope gaan we factor tien lager. Voor de Einstein Telescope hebben we bovendien een techniek nodig met een gesloten koelcyclus. Dat willen we doen door een compressor te maken die gas kan rondpompen en jarenlang meekan. In onze compressor zitten geen motor, draaiende assen of membranen die trillen. Het is dus een goede kandidaat om koeling te genereren zonder vibraties.”

Testen

In een testopstelling op de UT wordt het koelsysteem getest. Dat gebeurt in een grote vacuümkamer. Deze wordt eerst afgekoeld met vloeibaar stikstof, daarna wordt de temperatuur via de compressor met neon, waterstof en helium verder teruggebracht tot ongeveer 8 graden Kelvin, wat neerkomt op -265 graden Celsius. Precies de gewenste temperatuur voor de Einstein Telescope. Het is een bijzondere koeltechniek, geeft Lerou aan. “Er wordt in de compressor van het koelsysteem gebruikt gemaakt van actieve koolstof die door Cooll zelf wordt gemaakt. Zij zijn de enige die deze koolstof kunnen maken. Daarbij is er maar een handjevol groepen in de wereld die dat op deze manier in een systeem kan integreren. Een groot deel van de kennis en kunde van dit soort cryogene sorptiecompessorkoelers zit hier, in Twente.”

Kansen

Demcon kryoz, Cooll en de Universiteit Twente hebben tot 2026 subsidie gekregen van het Nationaal Groeifonds voor het ontwikkelen van het trillingsvrije koelsysteem voor de Einstein Telescope. Tegen die tijd moet het eindproduct klaar zijn. “We liggen op schema”, zegt Lerou. “Voor ons is het echt een prestigeproject. Een kans om te laten zien wat voor goede cryogene industrie we in Twente en Nederland hebben. Het opent deuren, want als we laten zien dat we dit kunnen is dat een teken dat we ook niet terugdeinzen voor andere grote projecten. Bovendien levert het ons een heel netwerk en veel kennis op over gesloten, geïntegreerde koelsystemen. Op lange termijn leidt dat hopelijk tot nieuwe business cases, bijvoorbeeld in de hoge resolutie microscopie, de ruimtevaart, voor defensietoepassingen of op de lange termijn in de semicon-industrie. Er zijn allerlei applicaties waarbij lage temperatuur vibratievrije koeling interessant kan zijn.”