Auf der Suche nach Wasserstoff-
verunreinigungen in flüssigem Helium

Alex Chuquitarqui aus der Gruppe von Prof. Conrado Rillo von der Universität Zaragoza ist auf der Suche nach Wasserstoffspuren in flüssigem Helium. Dass es diese gibt, zeigt ein Blick auf den Dampfdruck von Wasserstoff in Abhängigkeit der Temperatur. Denn bei 4,2 K ist der Dampfdruck von Wasserstoff immer noch hoch genug, um flüssiges Helium mit einer nicht unerheblichen Menge zu verunreinigen (siehe Abbildung 1). 

Ursachen für Wasserstoffverunrei­ni­gungen gibt es zahlreiche. Bereits bei der Förderung von Helium kann die Quelle Spuren von Wasserstoff aufweisen, Öldegradation in Pumpen und Kompressoren bei der Rückgewinnung kann zu Wasserstoffbildung führen, sowie das Ausgasen von metalli­schen Rohren bzw. Tanks und die Dif­fusion durch Kunststoffrohre und Gasballons. Somit weist so gut wie jeder Dewar mit flüssigem Helium eine nicht zu vernachlässigende Menge an Wasserstoff auf. 

An sich ist der gelöste Wasserstoff unproblematisch. Wird jedoch das flüssige Helium durch eine Kapillare gepumpt, kühlt es lokal ab und der gelöste Wasserstoff friert als Fest­kör­per aus und führt zu einem Ver­schluss [1]. Eine Kapillare zur Temperatur­steuerung wird bei vielen Kryostaten eingesetzt, die eine schnelle und genaue Temperatur­regelung benötigen. Eine Verstopfung führt dazu, dass die Basistemperatur der Systeme nicht mehr erreicht werden kann und diese aufgewärmt werden müssen um die geblockte Kapillare wieder zu befreien.

Wasserstoffverunreinigungen können jedoch recht einfach in flüssigem He­lium nachgewiesen werden. Dies ge­lingt mit einer einfachen Sonde, die die Gruppe von Prof. Rillo entwickelt hat. Sie besteht aus einer Test-Ka­pillare, die an eine Vakuum­pumpe angeschlossen wird (siehe Ab­bil­dung 2).

Alex Chuquitarqui ist auf der Suche nach Kooperationspartnern, die den H2-Detektor einsetzen möchten. Falls Sie daran Interesse haben, bekommen Sie ein kostenloses Exemplar des Detektors zugesandt, damit Sie den Wasserstoffgehalt in Ihrem flüssigen Helium nachweisen und die Zeit bis zur Blockierung der Kapillare quantifizieren können. So verhindern Sie, dass mit Wasserstoff kontaminier­tes flüssiges Helium für kritische An­wendungen verwendet wird. 

Das Projekt wird vom spanischen Mini­­sterium für Wissenschaft, Inno­vation und Universitäten unter der Projekt­nummer MAT2015-64083-R unterstützt. Alex Chuquitarqui kann unter folgender E-Mail-Adresse direkt kontaktiert werden: achuquitarquiunizar.es

[1] M. Gabal et al., Hydrogen-Free Liquid-Helium Recovery Plants: The Solution for Low-Temperature Flow Impedance Blocking, Phys. Rev. Applied 6, 024017 (2016).