CRAB – Mobilisierung, Relocation und vibrationsarme Integration eines Kryostaten

Projektüberblick

Projekt:

CRAB Experiment

Projektkontext:

Neutronen‑Untergrundmessungen für ultra‑tiefgekühlte Kristalldetektoren

Rolle von Scientific Support:

Konsolidierung, Mobilisierung, Relocation und technische Vorbereitung eines bestehenden Kryostaten

Das Crab-Experiment

Die CRAB‑Messung ist eng mit dem NUCLEUS‑Experiment verbunden und dient dem gezielten Verständnis von Untergrundeffekten bei der Detektion kohärenter elastischer Neutrino‑Kern‑Streuung. Für diese Experimente werden ultra‑tiefgekühlte Kristalldetektoren eingesetzt, deren Reaktion auf kleinste Energieeinträge präzise verstanden werden muss. Neutronen stellen dabei den schwierigsten Anteil des Untergrunds dar. Das Atominstitut der TU Wien betreibt einen Forschungsreaktor mit geeigneten Messplätzen und fokussierten Neutronenstrahlen, um die Wechselwirkung eines Kristalls mit Neutronen definierter Energie zu untersuchen.

Ausgangslage

Für die CRAB‑Messung sollte ein **bestehender, zuvor stationär betriebener Kryostat der TUM** an einen externen Messplatz in Wien verlagert werden. Der Aufbau war ursprünglich nicht für Mobilität, Transport oder häufige Umbauten ausgelegt. Um die Messkampagne durchführen zu können, musste der Kryostat zunächst technisch **konsolidiert und mobilisiert**, anschließend sicher transportiert und am Zielstandort wieder in Betrieb genommen werden.

Beitrag von Scientific Support

Konsolidierung & Mobilisierung des Messaufbaus
Ein zentraler Arbeitsschwerpunkt war die **Konsolidierung und Mobilisierung des bestehenden Gas‑Handling‑Systems** des CRAB‑Kryostaten. Hierfür wurde ein neues, mobiles Bediensystem entwickelt, das alle relevanten Anschlüsse, Bedienelemente und Arbeitsschritte für einen Cool‑Down kompakt an einem Ort vereint. Dazu wurden zuvor stationär verteilte Komponenten – darunter Gas‑Handling, Pumpen, DAQ‑Systeme sowie sämtliche Strom‑ und Gasanschlüsse – in einer **mobilen, von allen Seiten zugänglichen Rahmenkonstruktion** zusammengeführt.

Entwicklung einer Vibration Damping Unit
Parallel zur Mobilisierung wurde eine **Vibration Damping Unit** entwickelt, um mechanische Störungen durch das mobile System und insbesondere durch die Pumpen effektiv vom Kryostaten zu entkoppeln. Die zentrale Herausforderung bestand darin, eine wirksame Dämpfung zu erreichen, ohne die Komplexität oder Störanfälligkeit des Gesamtsystems zu erhöhen. Die umgesetzte Lösung reduzierte Vibrationen zuverlässig auf ein Minimum und stellte sicher, dass die Messgenauigkeit des CRAB‑Experiments nicht beeinträchtigt wird.

Relocation des CRAB‑Experiments von München nach Wien
Eine besonders anspruchsvolle Projektphase war der Umzug des empfindlichen CRAB‑Experiments vom Untergrundlabor in Garching zum Atominstitut der TU Wien. Der Transport des hochsensiblen Kryostaten erforderte eine sorgfältige technische Planung, da selbst geringe Erschütterungen das System hätten beeinträchtigen können. Für Transport und kontrolliertes Handling kam dabei TINA (Transport & Installation Aid for Cryostats) zum Einsatz, eine speziell entwickelte Transport‑ und Installationshilfe, die ursprünglich für das NUCLEUS‑Experiment konzipiert wurde. Die sorgfältige Vorbereitung und Durchführung ermöglichten einen reibungslosen Umzug an den externen Forschungsstandort.
First Concept at project start First functional test a couple of weeks later

Ergebnis und Mehrwert

Die Konsolidierung und Mobilisierung des CRAB‑Kryostaten war erfolgreich. Das neu entwickelte mobile Bediensystem ermöglichte bereits beim ersten Cool‑Down einen stabilen Betrieb bis 14 mK.

Nach dem Transport von München nach Wien wurde der Kryostat am Atominstitut der TU Wien ohne Schäden wieder in Betrieb genommen und erreichte zuverlässig die für die Messkampagne erforderlichen Temperaturen von unter 10 mK. Transport‑ oder vibrationsbedingte Beeinträchtigungen traten nicht auf.

Einordnung

CRAB zeigt exemplarisch, wie ein ursprünglich stationärer kryogener Messaufbau durch gezielte technische Anpassungen für externe Messkampagnen nutzbar gemacht werden kann. Die Kombination aus mobilisiertem Gas‑Handling, vibrationsarmer Integration und sicherer Relocation bildet eine wesentliche Voraussetzung für präzise Untergrundmessungen mit ultra‑tiefgekühlten Kristalldetektoren.

Die im Rahmen von CRAB gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in das Verständnis des Neutronenuntergrunds für das NUCLEUS‑Experiment ein.

Planung & Konzeption

Strukturierte Vorbereitung wissenschaftlicher Experimente – von der Anforderungsklärung bis zur technischen Konzeption. Wir helfen, Ziele, Randbedingungen und Risiken frühzeitig transparent zu machen und in realistische Konzepte zu überführen.

Umsetzen & Kontrollieren

Begleitung und Koordination in der Realisierungsphase. Als erfahrener Schnittstellenpartner zwischen Wissenschaft und Industrie übernehmen wir Verantwortung, koordinieren Abläufe und lösen technische Probleme zielgerichtet.

Review & Analysen

Unabhängige Projekt‑ und Systemanalysen zur Entscheidungsunterstützung. Wir liefern strukturierte Reviews, Second Opinions und Post‑Mortem‑Analysen, um Klarheit zu schaffen – ohne Schuldzuweisung, mit Fokus auf Lernen und Weiterentwicklung.

Patentbegleitung

Wir unterstützen bei der strukturieren Vorbereitung von Patentanmeldungen und der technischen Abstimmung zwischen Erfinder:innen und Patentanwält:innen – mit klarem Fokus auf Verständlichkeit, Effizienz und sinnvollen Schutzumfang.

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