Nog verder in de geschiedenis van het heelal kijken. Dankzij onderzoek aan de Universiteit Twente is dat straks mogelijk. De universiteit demonstreerde een nieuwe koeltechniek, waardoor optische ruimtedetectoren trillingsvrij meten. Telescopen vangen daardoor beter extreem zwakke signalen op die informatie bevatten over het verre verleden van het heelal.
Hoe verder je in de geschiedenis van het heelal wil kijken, des te koeler de signalen zijn. Dus proberen wetenschappers zo koud mogelijke straling, die heel ver van de bron af staat, op te vangen. “Met name de extreem koude straling die zo ver weg is dat het een grote golflengte heeft tot ver in het infrarood. Om dat te meten moeten de spiegels en lenzen in optische ruimtedetectoren een temperatuur hebben die dicht tegen het absolute nulpunt van -273 graden aan ligt”, zegt hoogleraar Energy, Materials and Systems Marcel ter Brake (Universiteit Twente).
De nieuwe koeltechniek voor telescopen.
UTwenteMomenteel worden ruimtedetectoren mechanisch gekoeld. “Met als grote nadeel dat ze trillingen veroorzaken, die verstoren de metingen. Er zijn wel methoden om de trillingen te onderdrukken. Maar liever zijn er helemaal geen trillingen, bij heel zwakke signalen dienen er zo min mogelijk verstoringen te zijn.”
Koelkast
Het team van Ter Brake demonstreerde een nieuwe, trillingvrije koeltechniek. Deze werkt met thermische compressoren in plaats van mechanische. “We gebruiken daarbij actieve kool. Daarmee kunnen we gassen, zoals waterstofgas, adsorberen. Het gas bindt zich aan de actieve kool, zodra we het verwarmen komt het weer vrij. Vervolgens bouwen we in een klein volume de druk op en laten het gas op druk expanderen. Op die manier koelt het de optische ruimtedetectoren tot enkele graden boven het absolute nulpunt.”
De koeltechniek lijkt op hoe een koelkast werkt, benadrukt Ter Brake. “Ook daarin wordt gas gecomprimeerd, dat gebeurt in de compressor – het zwarte potje achter in de koelkast. Vervolgens wordt het in een spiraalvormige buis gecondenseerd en onder hoge druk geëxpandeerd via een soort dichtgeknepen buisje. In die expansie koelt het gas af naar de lage temperatuur. Maar voor onze koeltechniek moeten we natuurlijk een veel grotere temperatuurverschillen overbruggen.”
De nieuwe koeltechniek wordt waarschijnlijk toegepast in deze European Extremely Large Telescope.
ESO/L. Calçada via CC BY 4.0Gigantische telescoop
Het Twentse team heeft de nieuwe koeltechniek succesvol gedemonstreerd en gaat de technologie ervan de komende jaren verder ontwikkelen samen met het bedrijf Dutch Space. Zodat het bijvoorbeeld gebruikt kan worden als waterstofkoeler bij de ESA -ruimtetelescoop EChO, die gelanceerd wordt in 2022. Verschillende onderzoeksgroepen ontwikkelen momenteel koeltechnieken voor die telescoop. “Welk systeem uiteindelijk gebruikt wordt, is afhankelijk van het succes. Door onze demonstratie zijn we weer een stap dichterbij de toepassing.”
De koeltechniek wordt mogelijk ook gebruikt in de ontwikkeling van de European Extremely Large Telescope (E-ELT) in Chili, die in 2018 gestationeerd wordt. “Dat is de grootste telescoop ter wereld. Die heeft gigantische detector-systemen, dus moet er extra koelvermogen worden geleverd. Dat los je niet op door de compressor tien keer zo groot te maken. We proberen onze techniek voor E-ELT zo efficiënt mogelijk te maken. Daarnaast is er nog een spin-off die deze koeltechniek gebruikt voor warmtepompen.”