Die kommerzielle Einführung bzw. Akzeptanz von supraleitenden Anwendungen ist eng verbunden mit der Verfügbarkeit einerangemessenen Kältemaschine, welche einen kontinuierlichen Betrieb des Systems ermöglicht, ohne Nachfüllintervalle von flüssigenKryogen wie z.B. flüssigen Stickstoff oder flüssiges Helium. Zur Kühlung von hochempfindlichen HT-SQUID Sensoren hat das Kühlsystemeeine Reihe von strengen Anforderungen zu erfüllen, welche die vom Kühlsystem ausgehenden Störsignale betreffen. Insbesondere solltendie kühlergenerierten Störsignale wie z.B. elektromagnetische Interferenz (EMI), mechanische Vibrationen oder Temperaturfluktuationenunterhalb des intrinsischen Rauschniveaus des verwendeten SQUID oder z.B. Infrarotdetektors liegen.
In früheren Arbeiten konnte gezeigt werden, dass der Joule-Thomson Kühler (JTK) und der Pulsrohrkühler (PRK) zwei attraktive Kandidatenfür die störarme Kühlung und den kontinuierlichen Betrieb von HT-SQUID aufgrund ihrer geringen mechanischen Vibrationen der Kaltflächesind. Die Vibrationen des Kaltkopfes und die EMI vom Kompressor (für JTK und PRK) sowie die vom Drehventil (für PRK) können durchräumliche Trennung des Kaltteils mittels flexiblen Verbindungsleitungen weitestgehend reduziert werden. Außerdem ist die Integration unddie korrekte Justage des SQUID-Sensors zum Kühlsystem besonders wichtig. Die EMI werden hervorgerufen durch sich zeitlichverändernde magnetische Felder in der Nähe des SQUID oder durch die Bewegung des SQUID in einem inhomogenen Magnetfeld.Durchgeführte Messungen des Feldrauschens mittels eines empfindlichen HT-SQUID Magnetometer, welches direkt auf der Kaltflächeeines PRK montiert war, zeigten Störsignale, welche eindeutig durch Korrelationsmessungen mittels eines Beschleunigungssensors aufdie Vibrationen der Kaltfläche zurückgeführt werden konnten. Diese Vibrationen haben ihren Ursprung in der elastischen Deformation vonPulsrohr, Regenerator und Kaltfläche aufgrund der wechselnden Druckbelastung durch die applizierte Druckwellenform innerhalb desSystems.
In dieser Arbeit wird der Aufbau und Test eines einstufigen Pulsrohrkühlers vorgestellt. Der Kaltkopf des Systems wurde derart modifiziert,um die Restvibrationen und die entsprechenden elektromagnetischen Störsignale weitestgehend zu reduzieren. Eine erste Verringerungder Störsignale konnte erzielt werden durch die Verwendung von nicht remanent magnetischen Ti-Al-V Rohren anstelle von Edelstahlrohrenfür Pulsrohr und Regenerator. Eine weitere Reduzierung wurde erreicht, indem der Sensor auf einer separaten Kaltfläche montiert wurde,welche mittels flexiblen, gut wärmeleitenden Kupferlitzen mit der ersten Kaltfläche verbunden war. Die zweite Kaltfläche wurde über axialsteife, schlecht wärmeleitenden GFK-Konstruktionen am warmen Ende des Systems abgestützt. Die Verbleibende Amplitude der axialenVibrationen auf der Kaltfläche betrugen somit 0,5 µm im Vergleich zu 5,0 µm ohne mechanische Vibrationskompensation. Die erreichteDämpfung der Vibrationen wurde mittels eines empfindlichen Beschleunigungssensors in drei aufeinander senkrecht stehendenRaumrichtungen sowie mittels Rauschmessungen eines empfindlichen HT-SQUID Magnetometers mit koplanarem Resonator in einer4-fach geschirmten µ-Metall Abschirmung charakterisiert. Es wurde ein intrinsisches Rauschen von 45 fT/[Wurzel]Hz bei Frequenzen über100 Hz und 110 fT/[Wurzel]Hz bei 10 Hz gemessen. Für die diskreten Peaks, welche bei der Arbeitsfrequenz von 4,6 Hz und derenharmonischen entstehen, ermöglicht die Vibrationskompensation eine Reduzierung der Störsignale im Rauschspektrum des SQUID umeinen Faktor 4. Dieses Rauschniveau ist niedrig genug für Anwendungen im Bereich der zerstörungsfreien Materialprüfung. Für dieIdentifizierung des Ursprung der verbleibenden Störungen, muss man zusätzlich zu den Restvibrationen evtl. vorhandeneTemperaturoszillationen sowie oszillierende Felder von Wirbelströmen am Ort des SQUID in betracht ziehen.
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