Trillingsvrije koeling voor zeer nauwkeurig meten van zwaartekrachtsgolven
Een consortium van de bedrijven Demcon kryoz uit Enschede en Cooll uit Hengelo en de Universiteit Twente ontvangen een subsidie om een geavanceerd koelsysteem te ontwikkelen voor de Einstein Telescope. Dit enorme observatorium voor zwaartekrachtsgolven wordt mogelijk 250 tot 300 meter onder het aardoppervlak gebouwd in het Nederlands-Belgisch-Duitse grensgebied om ongestoord te kunnen meten. Trillingsvrij koelen tot zeer lage temperaturen is nodig om de zeer zwakke signalen uit het heelal te kunnen detecteren. De drie partijen zetten hun fundamentele kennis en industriële expertise van trillingsvrij koelen in om de metingen van zwaartekrachtsgolven veel nauwkeuriger te maken. Ze ontvangen daarvoor over een periode van drie jaar 2,6 miljoen euro uit de R&D-regeling voor de Einstein Telescope, gefinancierd door het Nationaal Groeifonds.
Zwaartekrachtsgolven als gevolg van extreme gebeurtenissen in het heelal, zoals het samensmelten van twee zwarte gaten, werden voorspeld door de grote natuurkundige Albert Einstein. Een eeuw later, in 2015, werden ze voor het eerst waargenomen door twee Amerikaanse observatoria. In Europa wordt nu gewerkt aan een nieuwe, extreem gevoelige detector, de Einstein Telescope. Daarmee kunnen onderzoekers nog veel meer waarnemingen doen van ‘rimpelingen in het ruimte-tijdweefsel’. Zo willen ze het geboorteproces van zwarte gaten beter leren begrijpen en meer inzicht krijgen in de aard van het heelal direct na de oerknal. Ook kunnen ze met de nieuwe ondergrondse ‘telescoop’ voorspellingen van Einsteins relativiteitstheorie nog beter testen. Om innovatie en versnelde ontwikkeling van nieuwe technologieën voor de Einstein Telescope te stimuleren is in het najaar van 2023 het ET valorisatieprogramma van start gegaan. Onderdeel van dit programma is een R&D-regeling voor hightech bedrijven.
Minister Dijkgraaf van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap: “Fantastisch om te zien dat dit consortium aan de slag gaat om de technologie voor de Einstein Telescope te ontwikkelen. Deze samenwerking tussen kennisinstellingen en bedrijven laat zien hoe het bundelen van krachten kan leiden tot baanbrekend onderzoek en innovatie. De Einstein Telescope belooft niet alleen nieuwe wetenschappelijke ontdekkingen, maar ook economische groei en werkgelegenheid. Hoewel we nog niet zeker weten waar de telescoop straks komt te staan, is deze samenwerking een belangrijke investering in ons land en de internationale wetenschap.”
Drietrapskoelsysteem
Voor de Einstein Telescope hebben de drie partijen vorig jaar de handen ineengeslagen toen de eerste call van de R&D-regeling werd opengesteld. Onlangs werd bekend dat hun voorstel is gehonoreerd. Het Twentse consortium ontvangt voor een periode van drie jaar een bedrag van € 2,6 miljoen om de technologie geschikt te maken voor de Einstein Telescope. Daarvoor gaan ze een drietrapskoelsysteem ontwikkelen. Dat werkt met drie verschillende koelmiddelen, neon, waterstof en helium, om vanaf –195 °C (78K) (de temperatuur die wordt bereikt met vloeibare stikstof, waarmee het koelproces start) de laatste en lastigste stap naar –263 °C (10K) te zetten. Uiteindelijk gaan ze er drie exemplaren van bouwen, één voor onderzoek aan de UT in Enschede en twee voor de ETpathfinder, het R&D-lab voor zwaartekrachtsgolfdetectoren, in Maastricht.
Opschaling
Pieter Lerou, managing director van Demcon kryoz, was eindverantwoordelijke voor het voorstel: “Het principe voor trillingsvrij koelen is bekend en wij hebben het werkend gemaakt op industriële schaal. Maar dat was met een microkoeler, terwijl de koelers voor de Einstein Telescope met een immense compressor en een veel hoger vermogen werken. Voor deze opschaling is nog veel fundamenteel onderzoek nodig. We gebruiken daarvoor onze kennis van cryogene technologie en onze ervaring met het ontwerpen, modelleren en bouwen van hightech koelsystemen. Daarnaast brengen wij onze expertise van systems engineering in. We zorgen dat alle kennis en expertise en alle benodigde componenten bijeenkomen en dat als eindresultaat een betrouwbaar werkend systeem volgens planning en binnen budget wordt opgeleverd. Dat is zeker nodig, want met de uitkomst van ons project dragen we bij aan het bidbook voor de Nederlands-Belgisch-Duitse locatie van de Einstein Telescope.”
Mijlpaal Programmamanager Jorg van der Meij (LIOF, namens de Nederlandse Regionale Ontwikkelings Maatschappijen): “Vandaag vieren we een mijlpaal in het Einstein Telescope valorisatieprogramma, waar een consortium van visionaire bedrijven en een toonaangevende kennisinstelling de eerste R&D-subsidie heeft ontvangen. Hun innovatieve plannen rondom trillingsvrij koelen versterken niet alleen de kandidatuur voor de Einstein Telescope maar zijn ook veelbelovend voor andere sectoren en toepassingen. Denk bijvoorbeeld aan de luchtvaarttechniek of de semiconductor industrie. Trillingsvrij koelen zal ook bij elektrisch vliegen belangrijk worden.”
Nederlands-Belgisch-Duits initiatief
De Einstein Telescope moet onderdeel worden van de grote Europese onderzoeksinfrastructuur. Er zijn nu twee concurrerende initiatieven voor een ondergrondse locatie. Naast Sardinië is dat het grensgebied van Nederland, België en Duitsland. Dat is geschikt voor een ondergronds observatorium omdat de zachte bovengrond trillingen door menselijke activiteit aan het oppervlak tegenhoudt, zodat de metingen niet worden verstoord. In 2025/2026 wordt besloten waar de Einstein Telescope komt en rond 2030 moet de bouw starten. Een groot aantal universiteiten en wetenschappelijke instellingen uit Nederland, België en Duitsland werkt nu aan een gezamenlijke kandidatuur.
Meer weten over de R&D-regeling voor high-tech bedrijven? Neem dan contact op met Melissa Jonkman (melissa [dot] jonkman [at] oostnl [dot] nl)
