Beschaffung eines Kryostaten (DFG-GZ: KR 3721/1-1 (A 625)

Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V., Zentrale Beschaffungsstelle

Spezifikation für einen Kryogenfreien 3He/4He-Mischkryostaten mit einem horizontalen Seitenarm mit Kühlfinger und Eintrittsfenstern für Röntgenstrahlung.
Verwendung:
Der Kryostat soll dazu dienen, ein Array von kalorimetrischen Tieftemperaturdetektoren (Mikrokalorimetern) für den Nachweis von Röntgenstrahlung zu betreiben. Der Betrieb soll kontinuierlich bei konstanter Basistemperatur erfolgen. Der Kryostat soll für Experimente an Beschleuniger-Anlagen, z.B. beim GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, eingesetzt werden. Um die Wartungszeiten während der Experimente zu minimieren, soll der Kryostat ohne die externe Zufuhr von kryogenen Flüssigkeiten, insbesondere flüssigem Helium, auskommen. Aufgrund der räumlichen Randbedingungen am Experimentierplatz müssen die Detektoren in einem Seitenarm des Kryostaten untergebracht werden, der nach unseren Vorgaben zu dimensionieren ist. Der Seitenarm muß mit Eintrittsfenstern für die zu untersuchende Röntgenstrahlung abgeschlossen werden.
Das Detektorarray soll aus bis zu 100 Einzeldetektoren bestehen. Da am Ende des Seitenarms eine Arbeitstemperatur von ca. 50 mK angestrebt wird, soll die Basistemperatur des Kryostaten 15 mK betragen. Die dafür benötigte Kühlleistung liegt bei 200 μW bei 100 mK. Alle elektronischen und mechanischen Rauschquellen müssen minimiert werden, da es sich um hochauflösende Detektoren handelt. Insbesondere müssen die Eingangs-Feldeffekttransistoren (FETs) der Vorverstärker (Arbeitstemperatur 125 K) möglichst nahe bei den Detektoren montiert werden. Um die Verwendung von Vakuumdurchführungen im unteren Bereich des Kryostaten zu vermeiden und den Eintrag von thermischer Strahlung zu minimieren, sollen mehrere Metallboxen, die die FETs enthalten, innerhalb der 4.2 K-Abschirmung montiert werden. Außerdem muß der Kryostat so konstruiert sein, daß die mechanischen Resonanzfrequenzen des Kühlfingers größer sind als ca. 300 Hz. Insbesondere Vibrationen durch den Pulsröhrenkühler müssen vom Kühlfinger so gut als möglich entkoppelt werden. Es wird kein Magnetfeld benötigt.
Lieferumfang:
— Vakuumgefäß,
— Vakuum-Messung,
— 3He/4He-Mischkryostat-Einsatz,
— Pulsröhrenkühler,
— Gashandling-System,
— 3He-Pumpsystem,
— horizontaler Seitenarm mit Kühlfinger,
— Temperaturüberwachung an 70K-Stufe, 4K-Stufe, 1K-Topf, Destille, Mischkammer und Kühlfinger,
— LN2- und LHe-Kühlfallen,
— Vollständiger Test des Kryostatsystems,
— Installation und Inbetriebnahme vor Ort.
Folgende Komponenten sollen separat als optionale Ergänzung angeboten werden:
— 3He/4He-Gasgemisch,
— Verkabelung zu den Detektoren.
Technische Spezifikationen:
— Vakuumgefäß:—— so klein wie möglich, so groß wie notwendig,
—— Vakuum-Flansch für Seitenarm: CF-250 elektrische Durchführungen für:
—— 8 x 55-Pin-Fischer-Stecker,
—— 1 x 19-Pin-Fischer-Stecker,
—— Temperatur-Überwachung und Heizungen (Anzahl und Typ angepaßt an die unten spezifizierten Anforderungen).
— 3He/4He-Mischkryostat-Einsatz: Standardsystem mit folgenden Spezifikationen:
—— Basistemperatur 15 mK,
—— Kühlleistung 200 μW bei 100 mK,
—— Temperaturüberwachung an 70K-Stufe, 4K-Stufe, 1K-Topf, Destille, Mischkammer und Kühlfinger,
—— Verbindungsstück zwischen Mischkammer und horizontalem Kühlfinger des Seitenarms,
—— Thermische Abfangungen für die elektrischen Zuleitungen bzw. die Möglichkeit, solche Abfangungen zu montieren,
—— Elektrische Zuleitungen für Temperatur-Überwachung und Heizung.
Optional:
—— 8 x 25 = 200 verdrillte elektrische Zuleitungspaare (entspricht 8 x 50 = 400 Zuleitungen) zu 8 FET-Boxen, ausgestattet mit 55-Pin-Fischer-Steckern an der Vakuum-Seite sowie 51-Pin-Micro-D-Steckern an der FET-Box-Seite,
—— 1 x 7 verdrillte elektrische Zuleitungspaare (entspricht 14 Zuleitungen) für die Temperatur-Sensoren am Detektorhalter, ausgestattet mit 19-Pin-Fischer-Stecker an der Vakuum-Seite und 15-Pin-Micro-D-Stecker am Kühlfinger.
Die Zuleitungen sollen möglichst niederohmig dimensioniert werden, soweit es der Wärmeeintrag in den Kryostaten erlaubt. Der maximal tolerable elektrische Widerstand pro Zuleitung beträgt 60 Ohm.
— Horizontaler Seitenarm mit Kühlfinger:
Die Detektorhalterung sowie die FET-Boxen und die Verkabelung zwischen Detektoren und FET-Boxen werden von uns hergestellt und installiert.
—— Basistemperatur am Ende des Kühlfingers 50 mK bei Wärmelast aus 230 elektrischen Zuleitungen zwischen FET-Boxen und Detektoren (Konstantan, Durchmesser 0,1 mm),
—— Druck in der Detektorkammer 1 x 10-6 mbar bei 4K. Falls notwendig, kann diese Anforderung durch 2 getrennte Vakuumgefäße realisiert werden.
Maße:
—— Außendurchmesser 240 mm am Kryostaten, 87 mm an der Fensterseite des Seitenarms,
—— Länge ca. 420 mm (vom Außenrand des Kryostaten gemessen), davon 300 mm mit dem kleineren Durchmesser,
—— Detektorkammer: Durchmesser mindestens 50 mm, Länge ca. 25 mm.
Ausstattung:
—— Strahlungsschild auf ca. 80 K,
—— Strahlungsschild auf ca. 4 K; Innerhalb dieses Strahlungsschildes sollen sich die FET-Boxen befinden, die thermisch an 4 K angekoppelt sind,
—— Strahlungsschild auf ca. 50 mK,
—— 4 Fenster mit Transmission für Röntgenstrahlung bei 50 keV 95 %, Durchmesser 25 mm (100 μm Mylar mit Aluminium-Beschichtung) an den Strahlungsschilden und am Vakuum-Gefäß am verdickten Ende des Kühlfingers: Raum für 8 FET-Boxen à 100 x 40 x 30 mm³,
—— Zugriff auf das Detektorarray, den Kühlfinger und die FET-Boxen seitlich durch Abnahme der Strahlungsschilde, ohne die ganze Misch-Einheit aus dem Vakuumgefäß zu heben. Der Dewar muss von unten einen Zugriff auf die Halterungen des Seitenarms ermöglichen,
—— der Seitenarm muß von den mikrophonischen Schwingungen des Pulsröhrenkühlers so gut wie möglich entkoppelt werden.
— Für alle anderen Komponenten können Standardsysteme angeboten werden. Das Gashandlingsystem und die Pumpen sollen elektrisch vom Kryostaten entkoppelt sein (Optokoppler in den Verbindungskabeln, Isolationsstücke in den Metallschläuchen).

Die Frist für den Eingang der Angebote war 2011-03-07. Die Ausschreibung wurde veröffentlicht am 2011-01-28.

Die folgenden Lieferanten werden in Vergabeentscheidungen oder anderen Beschaffungsunterlagen erwähnt:

• • BlueFors Cryogenics Oy Ltd.

• • Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V., Zentrale Beschaffungsstelle

• • Industrielle Maschinen

• • Rheinhessen-Pfalz › Mainz, Kreisfreie Stadt