PolFEL 1.1 - Układ kriogenicznego skraplania helu

UKŁAD KRIOGENICZNEGO SKRAPLANIA HELU
Jednym z krytycznych systemów wspomagających akceleratora lasera PolFEL, umożliwiającym jego pracę we wskazanym trybie fali ciągłej, jest system kriogeniki helowej, wytwarzający i dystrybuujący ciekły hel o temperaturze 2 K, niezbędny do schłodzenia komponentów akceleratora i osiągnięcie przez nie stanu nadprzewodnictwa. System kriogeniczny zaprojektowany na potrzeby fazy 1 projektu wykorzystuje układ skraplania helu zbudowany na bazie posiadanej przez NCBJ skraplarki, pozyskanej w ramach współpracy naukowej z laboratorium STFC Daresbury (Wielka Brytania). Jej moc chłodnicza jest niewystarczająca dla zasilenia całej instalacji lasera PolFEL w trakcie jego pracy, dlatego projekt techniczny układu skraplania przewidywał pobór ciekłego helu również z jego zbiornika wyrównawczego, napełnianego przez skraplarkę w okresie, gdy akcelerator lasera PolFEL nie pracuje.

Jest oczywiste, że taka konstrukcja systemu kriogenicznego nie pozwala na nieprzerwane, długotrwałe użytkowanie lasera i wymaga, by okresy pracy urządzenia rozdzielone były okresami wyłączenia, wykorzystywanymi na uzupełnienie zbiornika wyrównawczego. Taki tryb pracy nie wprowadza ograniczeń w użytkowaniu PolFELa w okresie jego uruchamiania i w pierwszym okresie jego pracy, ze względu na i tak występującą na tym etapie konieczność częstego zatrzymywania urządzenia w celu jego strojenia i optymalizacji, przyłączania kolejnych elementów, wykonywania przeglądów, operacji serwisowych itp. Jednakże w długim okresie ogranicza czas użytkowania, a więc również prowadzenia przewidzianych agendą badawczą badań, jedynie do ułamka dostępnego czasu całkowitego. Ograniczona wydajność układu skraplania helu, w całości dedykowana do zaspokojenia potrzeb instalacji głównej, ogranicza również możliwość rozbudowy urządzenia, zarówno w celu ewentualnego przyszłego poszerzenia zakresu dostępnych wiązek lub ich parametrów, jak też w celu prowadzenia równolegle do pracy lasera niezależnych badań nad rozwojem technik akceleracyjnych.

Wnioskowany zakup i instalacja wysokowydajnego układu skraplania helu usuwa powyższe niedogodności i ograniczenia, pozwalając docelowo zwiększyć efektywny czas pracy PolFELa (szacujemy, że instalacja skraplania helu będzie odpowiadać za ponad 50% wydłużenia dostępności PolFELa uzyskanej dzięki realizacji fazy 1.1; oznacza to docelowy wzrost efektywnego czasu pracy o nie mniej niż 10%), a tym samym powiększyć liczbę i zakres prowadzonych za jego pomocą prac badawczych we wszystkich obszarach określonych w agendzie badawczej. Zwiększona wydajność układu kriogenicznego pozwala także na wybudowanie i zasilenie nowych stacji eksperymentalnych, ułatwiających prowadzenie szerszego zakresu badań lub wręcz otwierających nowe obszary badawcze. W części gospodarczej zwiększenie efektywnego czasu pracy PolFELa skutkuje proporcjonalnym wzrostem dostępności wszystkich jego stacji badawczych, co z kolei przekłada się na wzrost planowanych przychodów z tego tytułu (o ponad 11% przychodów w części gospodarczej w piątym roku użytkowania PolFELa).