INFN, Italien

Im April 2009 hat Stirling Cryogenics erfolgreich ein Kühlsystem für das ICARUS-Projekt entwickelt und gebaut, das vom INFN in Italien durchgeführt wird. Dieses vollständig selbstgesteuerte System aus zehn 4-kW-Kryogeneratoren wurde gebaut, um 400.000 Liter flüssiges Argon mindestens 10 Jahre lang auf exakt 94 K zu kühlen. Das ICARUS-Experiment spürt Neutrinos von der Sonne auf, um deren physikalische Eigenschaften zu bestimmen.

Dieses Experiment wird in den unterirdischen Laboratorien des INFN in Gran Sasso, Italien, durchgeführt. Der Zeitrahmen des Experiments beträgt 10 Jahre, und während dieses Zeitraums müssen die beiden riesigen Flüssig-Argon-Detektoren auf einer Temperatur von genau 94 K gehalten werden.

Das ICARUS-Kühlsystem ist als autarkes System mit einem Höchstmaß an Redundanz konzipiert. Zehn Stirling-Kryogeneratoren erzeugen eine Nettokälteleistung von 40 kW. Ein Kontrollsystem überwacht kontinuierlich die Aktivität der Kryogeneratoren. Zwei zusätzliche Stirling-Kryogeneratoren sorgen für zusätzliche Redundanz.

Video ICARUS-Projekt INFN

Das flüssige Argon wird durch einen sekundären Kühlkreislauf mit flüssigem Stickstoff bei einem Druck von 2,5 bar gekühlt. Insgesamt 30.000 Liter flüssiger Stickstoff sorgen für genügend thermische Masse, um eine stabile Temperatur aufrechtzuerhalten und die Temperaturschwankungen auszugleichen, die durch die Schwankungen der Wärmelast des Flüssig-Argon-Detektors verursacht werden.

Das gesamte von Stirling Cryogenics entworfene und gelieferte Projekt umfasst die Stirling-Kryogeneratoren und einen Kühlkreislauf, der mit Flüssigstickstoffpumpen, Pumpbehältern, Phasentrennern und Lagerbehältern ausgestattet ist. Dies alles wird mit Hilfe einer vollautomatischen Überwachung und Endzustandsmeldung gesteuert. Das Ein- und Ausschalten der Stirling-Kryogeneratoren ermöglicht eine effiziente Kälteerzeugung. Die kurze Zeit bis zur vollen Produktion (10 Minuten) gewährleistet eine sehr schnelle Reaktionszeit auf Änderungen der Wärmelast.

Das gesamte System wird aus der Ferne überwacht, und die Wartung aller Systemkomponenten kann ohne Abschaltung durchgeführt werden. Eine Mindestkühlleistung von 18 kW ist unter allen Umständen gewährleistet.

Wir haben einen vollständigen Bericht über die Konstruktion und das erste Betriebsjahr dieses Kühlsystems zur Verfügung. Bitte senden Sie uns eine  E-mail, wenn Sie den vollständigen Bericht erhalten möchten.