Edle Tropfen: Helium flüssig.

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1 Gut zu wissen: Praxis Spezialgase (6) Edle Tropfen: Helium flüssig. Nah am absoluten Nullpunkt wird Helium flüssig: Zwischen minus 272,2 und minus 268,9 Grad Celsius muss das Thermometer zeigen, damit das Edelgas fließfähig wird. Diese extreme Kälte macht flüssiges Helium in Industrie, Forschung und Medizin sehr begehrt. Aber wie lässt sich die gefragte Flüssigkeit wirtschaftlich bereitstellen? Und was ist im Detail zu beachten? Lesen Sie die Antworten auf den folgenden Seiten. Dewar-Ware. Dem schottischen Physiker Sir James Dewar ist es zu verdanken, dass es bereits seit 1893 Transport- und Lagergefäße für verflüssigte Gase gibt. Sein Name wurde deshalb zum Oberbegriff für diese Behälter. Die modernen Varianten basieren noch immer auf dem gleichen Prinzip, das dem einer Thermoskanne ähnlich ist: Der äußere Behälter enthält ein verspiegeltes, doppelwandiges, evakuiertes Gefäß. Darin befindet sich das Helium, das aufgrund der starken thermischen Isolierung lange flüssig bleibt. Für die bedarfsgerechte, wirtschaftliche Versorgung stehen bei der Westfalen AG vier Dewar-Typen mit unterschiedlichen Füllmengen zur Verfügung. Die Behälter sind nicht magnetisch und eignen sich damit auch für die Kernspinresonanz. Bedarfsmengen von mehr als 45 Kilogramm können über unseren speziellen ISO-Container bereitgestellt werden: Bis zu Liter flüssiges Helium bringen wir so auf den Weg zu Ihnen. Ist Ihre Bedarfsstruktur anders ausgelegt, finden wir mit Zwischengrößen, die wir auf Anfrage bereitstellen, die geeignete Lösung. Die Bereitstellung flüssigen Heliums erfolgt in so genannten Dewars isolierten Spezialbehältern mit 60, 100, 250 oder 380 Litern Nennvolumen. Dewars werden mitunter auch als LHe (Liquid Helium)-Transportbehälter bezeichnet.

2 Dewars für flüssiges Helium (Standardlieferformen): Technische Daten. Typ CS 60 HDS CS 100 HDS CS 250 HDS Stratos 380 Durchmesser (cm) Höhe (cm)* Nennvolumen (l) Tara-Gewicht (kg)* 90,0 128,0 192,0 109,4 Netto-Gewicht Helium (kg) 7,0 11,5 31,0 45,0 Brutto-Gewicht voll (kg)* 97,0 139,5 223,0 154,4 Integrierter Entnahmeheber Heizung Staplertaschen - Verdampfungsrate/Tag (%) 2,5 1,4 1,4 1,4 enthalten optional erhältlich nicht enthalten *Werte können variieren Für den schnellen Anschluss: Kleinflansche. Gut ausgestattet. Was bringt der schönste Helium-Behälter, wenn entscheidendes Equipment für die Entnahme fehlt? Manche Armaturen und Entnahmesysteme zählen bereits zur Grundausstattung unserer Dewars. Darüber hinaus unterstützen wir Sie auf Wunsch mit verschiedenen Komponenten für spezielle Anwendungsfälle. Beste Basis: Die Grundfunktionen. Abhängig vom Dewar-Typ umfasst die Grundausstattung: 1. Überströmventil Das Überströmventil dient zum Absichern beim Transport: Mithilfe des Kugelhahns wird das Ventil beim Transport geöffnet, bei Entnahme und Befüllung geschlossen. 2. Abdampf-/Druckbeaufschlagungsleitung An die Abdampf- und Druckbeaufschlagungsleitung werden Blase oder Schlauch für den Stützdruck angeschlossen. Per Kugelhahn wird die Leitung zum Transport geschlossen, bei der Helium- Entnahme und -Befüllung jedoch geöffnet. 3. Absperrhahn für Befüllung und Entnahme Der Absperrhahn wird nur zur Befüllung und Entnahme des flüssigen Heliums geöffnet. 4. Manometer Das Manometer zeigt den aktuellen Behälterdruck an. 5. Kleinflansch mit Quetschringverschraubung Der Kleinflansch mit Quetschringverschraubung verbindet Dewar und Entnahmesystem. 6. Sicherheitsventil Das Sicherheitsventil öffnet sich bei Überdruck, falls die Abdampfleitung geschlossen ist oder das Überströmventil nicht anspricht. 7. Integrierter Entnahmeheber (optional) Die Dewars CS 250 HDS und Stratos 380 verfügen außerdem über einen integrierten Entnahmeheber mit spezifischer Anschlusskupplung. Schnelle Verbindungen. Um das Entnahmesystem am Lagerbehälter anschließen zu können, stellen wir mit jedem Dewar die gängigsten Verbindungsstücke bereit bestehend aus einem Kleinflansch DN25, ergänzt um Quetschringverschraubungen mit zehn, zwölf und 16 Millimetern Durchmesser. Andere Adapter erhalten Sie gern auf Anfrage. 2

3 Alles dran: 1) Überströmventil mit Kugelhahn 2) Abdampf-/Druckbeaufschlagungsleitung 3) Absperrhahn für Befüllung und Entnahme 4) Manometer 5) Kleinflansch mit Quetschringverschraubung 6) Sicherheitsventil 7) bei Dewar-Typen CS 250 HDS und Stratos 380: Integrierter Entnahmeheber Unter Druck kommt s raus. Um flüssiges Helium aus dem Dewar entnehmen zu können, muss Druck aufgebaut werden. Das geschieht - mithilfe einer Druckbeaufschlagungsblase, die an die entsprechende Leitung angeschlossen wird oder - mithilfe gasförmigen Heliums, das von einer separaten Gasflasche per Schlauch in die Druckbeaufschlagungsleitung eingebracht wird oder - mithilfe einer integrierten Heizung, die zur Grundausstattung des Stratos 380 gehört. Über einen integrierten Entnahmeheber verfügt unter anderem der Dewar-Typ CS 250 HDS. 3

4 Alles für den Druckaufbau: Druckbeaufschlagungsblase (unten), Heliumdruckbeaufschlagung (oben) oder integrierte Heizung (oben links - nur Stratos 380). 4

5 Mit System: Transferleitungen. Für die ebenso einfache wie effektive Flüssig- Entnahme stellen wir Ihnen auf Wunsch vakuum-superisolierte Transferleitungen zur Verfügung. Diese Systeme bieten aufgrund ihrer Variantenvielfalt für fast jeden Anwendungsfall die passende Lösung, zum Beispiel in folgenden Konfigurationen: Variante 1: Kupplung Transferleitung Tauchrohr Variante 2: Kupplung Transferleitung Kupplung Variante 3: Tauchrohr Transferleitung Tauchrohr Wie viel ist noch im Dewar? Auf jedem Behälter finden Sie eine Füllstandskurve, die nach Messung der Füllhöhe mit einem Peilstab die schnelle und einfache Ermittlung des Restinhalts ermöglicht. Verlängerbare Tauchrohre unterschiedlicher Durchmesser sichern die Kombinierbarkeit mit zahlreichen Dewars und Kryostaten. Verschiedene Kupplungs-Adapter ermöglichen darüber hinaus den Anschluss an nahezu alle Tomografen-Typen. Kupplung Oxford/ Siemens male. Links: Transferleitung mit Kupplung Typ Oxford/Siemens male (links) und Tauchrohr (rechts). Rechts: Transferleitung mit Tauchrohr für Kryostat (rechts), Kupplung Typ Oxford/ Siemens male und daran anzuschließendem Dewar-Tauchrohr. Beide Tauchrohre sind verlängerbar. 5

6 Ein bisschen Physik: Helium in Zahlen. Welche Verdampfungswärme hat Helium? Und welche Dichte? Wo liegt der kritische Punkt? Gibt s eine Zündtemperatur? Wie viel Kilogramm verbergen sich hinter einem Liter Helium? Schauen Sie einfach nach: Physikalische Daten. Molare Masse 4,00 g mol -1 Flüssiger Zustand Siedetemperatur 4,22 K (-268,9 C) Verdampfungswärme 20,42 kj kg -1 Flüssigdichte 125 kg m -3 Gaszustand (bei 1,013 bar) Dichte (bei 273,15 K) 0,18 kg m -3 Dichteverhältnis zur Luft (bei 288,15 K) 0,14 Spezifische Wärme (bei 298,15 K) 5,20 kj kg -1 K -1 Wärmeleitzahl (bei 288,15 K) 0,1482 J s -1 m -1 K -1 Kritischer Punkt Temperatur 5,2 K (-268 C) Druck 2,28 bar Dichte 69,6 kg m -3 Tripelpunkt Temperatur (am Umwandlungspunkt) 2,177 K (-271 C) Dampfdruck 0,051 bar Schmelzwärme 3,49 kj kg -1 Zündtemperatur - K ( C) Zündbereich in Luft - Vol.-% Brennwert nach DIN kj m -3 Umrechnungen m 3 lflüssig kg 1 m 3 bei 288,15 K (15 C); 1 bar 1 1,336 0,167 1 lflüssig bei TSiedepunkt; 1 bar 0, ,125 1 kg 5,988 8,00 1 Flüssiges Helium ermöglicht den Aufbau starker Magnetfelder eine unerlässliche Voraussetzung für den Betrieb von Kerspintomografen. Aus der Praxis: Anwendungen. Flüssiges Helium erzeugt extrem tiefe Temperaturen, die unter anderem zur Messung bestimmter physikalischer Eigenschaften benötigt werden. Dazu zählen: elektrische Leitfähigkeit Hall-Effekt thermische Leitfähigkeit Wärmekapazität Bestimmung magnetischer Eigenschaften von Festkörpern Elektronenspinresonanz Kernspinresonanz 6

7 Know-how für Praktiker. Bei weiteren Fragen zu flüssigem Helium, den Lieferformen, dem Zubehör und den Anwendungen stehen Ihnen die Experten aus dem Produktmanagement Spezialgase der Westfalen AG jederzeit zur Verfügung. Nutzen Sie unsere persönliche Beratung! Gern senden wir Ihnen außerdem die bisher in der Reihe Praxis Spezialgase erschienenen Informationsschriften: Praxis Spezialgase (1) Umgang mit Gasgemischen: Handling, Anschluss, Besonderheiten. Praxis Spezialgase (2) Gase im Labor: Risikofaktor Leitungsmaterial. Praxis Spezialgase (3) Guten Geschmack bewahren: Weinkonservierung mit Protadur C 30. Praxis Spezialgase (4) Akkreditiertes Prüf- und Kalibrierlabor: Das Sondergasezentrum der Westfalen AG. Praxis Spezialgase (5) Die Atomkernsorten: Isotope. Dafür braucht s Helium in Hülle und Fülle: Liter des flüssigen Edelgases angeliefert mit dem speziellen ISO-Container der Westfalen AG bringen einen Teilchenbeschleuniger auf Touren. 7

8 Technische Gase I Westfalengas I Tankstellen Westfalen Gassen Nederland BV Rigastraat EW Deventer Niederlande Fon +31/(0)570/ Fax +31/(0)570/ info@westfalengassen.nl Westfalen BVBA-SPRL Watermolenstraat Aalst Belgien Fon +32/(0)53/ Fax +32/(0)53/ info@westfalen.be Westfalen France S.à.r.l. Parc d Activités Belle Fontaine Rosselange Frankreich Fon +33/(0)3 87/ Fax +33/(0)3 87/ info@westfalen-france.fr Westfalen Austria GmbH Aumühlweg 21/TOP Leobersdorf Österreich Fon +43/(0) 22 56/ Fax +43/(0) 22 56/ info@westfalen.at Westfalen Gas Schweiz GmbH Bachstr. 10/PF 4313 Möhlin Schweiz Fon +41/(0)61/ Fax +41/(0)61/ info@westfalen-gas.ch Westfalen AG Industrieweg Münster Deutschland Fon +49/(0)2 51/ Fax +49/(0)2 51/ info@westfalen-ag.de A T - PSG-TG--D