Am 15. Juli 2025 wurde an der Technischen Universität Chemnitz eine neue Heliumverflüssigungsanlage in Betrieb genommen. Diese moderne Anlage ersetzt eine über 30 Jahre alte Einrichtung und markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Forschungsgemeinschaft. Flüssiges Helium, das bei Temperaturen von nur 4,15 Kelvin (minus 269 Grad Celsius) existiert, ist ein essentielles Kühlmittel für zahlreiche naturwissenschaftliche Experimente.
Die neue Anlage wurde von der Firma Vorbuchner installiert und nutzt fortschrittliche Turbo-Kompressor-Technologie. Sie arbeitet in einem geschlossenen Kreislauf und kann bis zu 20 Liter flüssiges Helium pro Stunde produzieren. Der Verflüssigungsprozess umfasst mehrere Stufen: Zuerst wird das Helium komprimiert, dann abgekühlt und schließlich in der letzten Phase expansioniert. Dies ermöglicht es, störende Einflüsse bei der Durchführung von Experimenten unter extrem niedrigen Temperaturen auszuschließen.
Anwendungen und Bedeutung der Heliumverflüssigung
Flüssiges Helium ist für viele Anwendungen in der Physik und Chemie unerlässlich. Es kommt unter anderem in der Raster-Sonden-Mikroskopie und der Kernspinresonanzspektroskopie zum Einsatz. Ein Schwerpunkt an der TU Chemnitz liegt auf der Erforschung von Quanten-Computern, die Temperaturen von nur wenigen Millikelvin erfordern, um ihre Funktionen optimal auszuführen. Diese tiefkalten Bedingungen sind notwendig, um die Effekte der Quantenmechanik voll auszuschöpfen.
Der Prozess der Heliumverflüssigung ist technisch herausfordernd. Helium muss auf Temperaturen unter -268,9 °C (4,2 K) abgekühlt werden, wobei ein Joule-Thomson-Ventil eine Schlüsselrolle spielt, um das Heliumgas zu entspannen und abzukühlen. Diese Verfahren sind energieintensiv, und die Kosten für die Verflüssigung liegen im Bereich von 3 bis 5 Euro pro Liter, abhängig von der Größe und Effizienz der Anlage.
Herausforderungen und Zukunft der Heliumverflüssigung
Die Heliumverflüssigung steht vor verschiedenen Herausforderungen. Dazu gehören der hohe Energiebedarf sowie die Schwierigkeit, Helium zu-handhaben und zu speichern. Ein Hauptaugenmerk der Zukunft liegt auf der Entwicklung verbesserter Wiederverwertungssysteme und fortschrittlicher Isolierungstechniken, um den Heliumverlust zu minimieren.
Die neue Heliumverflüssigungsanlage an der TU Chemnitz wird nicht nur für Forschungszwecke eingesetzt, sondern auch für Lehrzwecke genutzt. Studierende haben dadurch die Möglichkeit, Experimente unter extremen Bedingungen durchzuführen, was ihre Ausbildung in der Kältetechnik und Kryophysik bereichert.
Zusammenfassend hat die Inbetriebnahme dieser modernen Heliumverflüssigungsanlage nicht nur die Forschungsbedingungen an der TU Chemnitz verbessert, sondern auch das Potenzial damit verbundenen Technologien wie Quantencomputing erheblich erweitert. Die Investition in modernste Technologien bezeugt das Engagement der Universität und ihrer Partner für die Weiterentwicklung der Wissenschafts- und Forschungslandschaft.
Für weitere Informationen zur Heliumverflüssigung und deren Anwendungen siehe studysmarter.de und itep.kit.edu.
