Der Unterschied zwischen Pulse-Tube und Gifford-McMahon Kryokühlern
Wenn ein Kryostat ohne flüssiges Helium betrieben werden soll, kommen zwei Arten von Kryokühlern in Frage: der Pulse-Tube (PT) Kühler und der Gifford-McMahon (GM) Kühler. Zwischen diesen beiden Varianten gibt es zunächst drei Unterschiede, die sich auf den Preis, die vorgesehene Ausrichtung und das Wartungsintervall beziehen:
Bei gleicher Kühlleistung sind GM-Kryokühler im Allgemeinen günstiger als PT-Kryokühler
PT-Kryokühler funktionieren nur einwandfrei, wenn sie rein vertikal mit der zweiten Stufe nach unten betrieben werden. Im Gegensatz dazu können GM-Kryokühler in jeder Ausrichtung betrieben werden; die Kühlleistung ist zwar etwas geringer, wenn der Kühlkopf nicht vertikal betrieben wird, die Basistemperatur bleibt jedoch in der Regel unverändert
Die meisten GM-Kryokühler erfordern eine planmäßige Wartung alle 10.000 Betriebsstunden, verglichen mit 20.000 Stunden bei PT-Kryokühlern
Es gibt jedoch noch einen vierten wichtigen Unterschied, der mit dem Vibrationsniveau zusammenhängt. Sowohl GM- als auch PT-Kryokühler sind mechanische Kühler, die Vibrationen sowohl am Raumtemperatur-Montageflansch des Kaltkopfes (der die Schnittstelle zu einem Vakuumgehäuse oder einer Vakuumkammer darstellt) als auch an der zweiten Stufe (wo normalerweise die zu kühlende Probe montiert wird) erzeugen.
Ein PT-System hat typischerweise geringere Vibrationen (weniger als 20 µm) als ein GM-System. Daher ist das PT-System die erste Wahl, wenn die Probe so stabil wie möglich montiert werden soll. Für fast jede Regel gibt es jedoch eine Ausnahme. Dies sind die Kryostate mit sehr geringen Vibrationen im Bereich von 5-10 nm von Montana Instruments und Quantum Design.
Bei Montana Instruments handelt es sich um den CryoAdvance50. Der Kryostat mit peak-to-peak-Vibrationen von 5 nm arbeitet mit einen GM-Kaltkopf. Dieser wird verwendet, da die stärkeren, aber linearen Schwingungen in z-Richtung des GM-Kühlers in der vorhandenen Konstruktion besser isoliert werden können als die eher ungerichteten Schwingungen des PT-Kühlers. Das OptiCool von Quantum Design ist mit einem leistungsstarken PT-Kryokühler ausgestattet, da es nicht nur flüssiges Helium für die Temperaturkontrolle bis 1,7 K erzeugen muss, sondern auch den supraleitenden 7 T Magneten kühlt. Hier ist eine Vibrationsstabilisierung bis 10 nm möglich.
