Festkörperelektronik
> Zum Inhalt

Die Helium Predigt

FAQs zum Thema Helium

DIE HELIUM PREDIGT (V.15.01.2001 mit security update) 

GLORIA :

Gepriesen sei das Helium, das Gas der Gase, der Saft der Säfte (bei T=4.2K), das Lebenselexier der Physiker und das Brot der Gaslieferanten!

 

 


Womit wir schon mitten in der Predigt wären. Aufgrund zahlreicher Anfragen aus dem Internet zuerst die FAQs für die nicht-Experten : 

F : Ich brauche Helium für meinen Kindergeburtstag / Fesselballonexperimente mit Funkantennen / Modellzeppelin / als Mickimausimitator.... . Wo bekomme ich das her ?

A : Die Firmen Air-Products, Air-Liquide, AGA, Linde, Messer Griessheim (die Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit) liefern für normale Ansprüche Helium in Form von "Ballongas" teilweise in speziellen Kleinflaschen inklusive Druckregler und sonstigem Zubehör. In Österreich ist die  AGA Vertretung ist in Wien Schwechat, Messer Griessheim ist in Gumpoldskirchen im Süden von Wien. Achtung : für diese Flaschen ist gewöhnlich eine deftige Miete zu zahlen, also termingerecht bestellen und die Flaschen ehestmöglich zurückschicken. 

F: was kostet Helium ? 

A : hierzulande ist Helium nicht billig. Der Preis für einen Kubikmeter Ballongas liegt in der Grössenordnung von 100 öS (14 DM). Aktuelle Preise erfahren Sie bei obigen Firmen. 

F : ist Helium gefährlich ? 

A : Wenn man Helium nicht einatmet und mit Quietschestimme  Donald Duck spielen will (MACHEN SIE  DAS JA NICHT !! es gab bei solchen Spielereien schon Tote) gibt es vom Gas her eigentlich keine Probleme, sofern alle Experimente nur in gut geluefteten Räumen, am besten Draussen durchfuehrt werden. 

F : sind Heliumgasflaschen gefährlich ? (Kinder fragen gerne : sind das Atombomben, die da herumstehen ?) 

A : Nein Atombomben sehen anders aus. Wer es unbedingt sehen will kann  Modelle davon  im National Atomic Museum in LosAlamos besichtigen. Allerdings sind alle umfallenden Gasflaschen gefährlich (Gewicht einer grossen Flasche ca. 100 kg), vorallem wenn die Schutzkappe nicht aufgeschraubt ist. Gasflaschen immer an Wänden anketten. Wer Gasflaschen mit aufgeschraubter Armatur durch die Gegend fährt , ist ein potentieller Selbstmörder. Wenn das Ventil einer vollen Gasflasche abreisst, kann man davon ausgehen, dass sich die Flasche verhält und wirkt wie ein Torpedo. Das ist kein Witz, das Arsenal in Wien macht angeblich einmal jährlich einen eindrucksvollen Versuch zu diesem Thema. 

F : was muss ich bei meinen Fesselballonexperimenten sonst noch beachten ? 

A : In der Nähe von Flugplätzen unbedingt die Luftraumüberwachung kontaktieren (in Österreich die Austrocontrol in Wien). Auf modernen Radargeräten kann man erkennen, wenn Sie aus der Dachluke ihres Hauses schauen. Sollten sie einen Ballon in kontrolliertem Luftraum steigen lassen, wird vermutlich zuerst geschossen und dann gefragt. In jedem Fall droht saftige Strafe und/oder der "Hefn". 

F : Helium ist so teuer, kann ich nicht Wasserstoff für meinen Ballon nehmen ? 

A : Wasserstoff  ist vielleicht billiger als Helium und hat auch noch mehr Auftrieb, ist aber extrem gefaehrlich im Handling (siehe "Brand der Hindenburg"). Am besten FINGER WEG VON WASSERSTOFF, denn nur ein Fehler und BUMM !! Das Problem ist, das Wassserstoff selbstendzündlich ist, sprich unter Druck stehender, ausströmender Wasserstoff wird HEISS ganz im gegensatz zu "normalen Gasen" die bei Expansion kalt werden. Explodierende Gasfaschen kann man in der Wirkung getrost mit einer 200 kg Fliegerbombe gleichsetzen. 

F : kann ich mir von Euch eine Kanne Flüssighelium für meine Geburtstagsparty ausborgen, ich zahle Euch auch das Gas ? 

A : Nein, Ballongas ist ausserdem billiger und praktischer. Wer unbedingt mit tiefkalten Flüssigkeiten panschen will, besorge sich flüssigen Stickstoff. Aber VORSICHT, flüssiger Stickstoff ist auch KEIN Spielzeug und glit als Gefahrengut. Details hört man in Prof. Steiners Seminar über den sicheren Umgang mit tiefkalten Flüssigkeiten. 

F : Wofür zum Teufel, braucht ihr flüssiges Helium ? 

A : flüssiges Helium ist kalt, sehr kalt  sogar (-269 Grad Celsius oder 4.2 Grad Kelvin, kälter gehts kaum mehr) und daher der Saft der Säfte für jeden wahren Physiker :-)) 


Für die "Experten" : Allgemeine Information zum sparsamen Umgang mit Helium und wie ich vermeide, ein Helium-Schurke zu werden. 

CREDO :

Ich glaube an den sparsamen Umgang mit Helium, denn Helium ist Geld, AUCH MEIN GELD, und darum werde ich es nicht verschwenden, AMEN !! 

Das Helium - Prinzip am fke :

Flüssiges He wird in Kannen von den Tieftemperaturanlagen geliefert, abdampfendes He-Gas wird im Keller erst in einem 10m3 Ballon gesammelt und von dort in Stahlflaschen gepumpt und an die Tieftemperaturanlagen zurückgegeben. Im Recycling Betrieb kostet das 16 ATS /l. 

Verbrauchsstatistik :

1995 : 12300 Liter 
1996 : 12016 Liter 
1997 :   9942 Liter  
1998 : 17138 Liter  
1999 : 12870 Liter  
2000 :  8895 Liter  
2001 :  7162 Liter 

Welcher Cryostat verbraucht wieviel imVollbetrieb?

(für die nicht-Experten: Cryostaten sind "Thermoskannen, in denen wir unsere Experimente bei tiefer Temperatur durchführen) 

schwarzer Badcryostat  120 l / Woche   = 0.7 l/h  
blauer Badcryostat   150 l/ Woche   = 0.9 l/h  
STM Cryostat    80 l/ Woche   = 0.5 l/h  
Cryoflow PL   2.0l /h   80 l / Woche (5 Arbeitstage a 8 Stunden)  
Cryoflow Nicolet   3.7 l/h    148 l/Woche (5 Arbeitstage a 8 Stunden) 

Was lernen wir daraus ?

  • Cryoflows sind keine Kleinverbraucher !! 
  • Cryoflows belasten das Recycling System bis an den Rand der Kapazität !! 
Zum Thema Verluste :

Der Betrieb geht auch im Idealfall nicht verlustfrei, zum Auffangen eventueller zusaetzlicher Pannen sind maximal 15 % Verlust  im Preis einkalkuliert. (ständiger Streitpunkt auf den He-User Sitzungen !). Höhere Verluste sind voll zu bezahlen und kosten 150 öS pro Liter. Verluste haben diverse Ursachen z.B gibt es : 

Verluste durch echte Pannen :

  • Kompressor-Lecks (ein echtes Problem, fällt erst auf, wenn 2 bis 3 Wochen massiv zu wenig Helium zurückkommt) 480 l (= 4 % beim letzten Störfall)
  • Vakuumzusammenbruch im Cryostaten und als Folge ein "Pseudoquench" 50 l (0.3 %)
  • He-Kanne aus Wut  umschmeissen 100 l (nur 0.6 %, Gasverlust dafür aber 100.000 öS Schaden für eine neue Kanne) 
  • Magnet-Quench (gerne durch Dummheit des Benützers)  50 l  (0.3 %) 
Verluststatistik 1995-2000 :
  • Verlust 1995 : 6.5% optimal 
  • Verlust 1996 : 12 % wegen Kompressorpanne. (ca 8% ohne die Panne) 
  • Verlust 1997 : 16 % ohne Bertriebsunfälle !!! -> keine gute Leistung  sondern grenzenlose Schlamperei !!! 
  • Verlust 1998 : 11 % (wegen exzessivem Bolometereinsatz ?) 
  • Verlust 1999 : 14 %  :-((( !!!!!   so viele Bolometer gibt es in ganz Wien nicht !!!! 
  • Verlust 2000 : 16 % (ich will gar nicht wissen wer das war, denn sonst bekommt der die Rechnung für den Gasschwund) !!! 
  • Verlust 2001 :  19% = 20041 ATS !!!! 
Ein Verlust von 16% > 15 % und weil 1l Helium = 150 ATS wenn nicht recycled heisst das 12000 öS zusätzliche und unnötige He-Kosten für 1997 und 20041 ATS für 2001!!!!

Das Horrorszenario :

Was ist bei einer Panne (Kompressor, Vakuumzusammenbruch, Quench) UND He-Schlamperei ? 

  • Verbrauch 15000 l/Jahr (=225000 ATS, wovon ein Teil aus anderern Mitteln subventioniert wird) 
  • Grundverlust 8 % 
  • Verlust durch Schlamperei  8% (wie 1997) 
  • Betriebsunfall 4 % 
  • Gesamtverlust 20 % -> zu zahlen 5 % = 112000,- ATS !!!!  das entspricht  25% der oDot. 
-> Da wir in so einem Fall Konkurs anmelden können,  MÜSSEN die Verluste unter 10 % gedrückt werden. 

Woher kommen die Verluste ? 
 

  • Grundverluste 
  • Verluste auf der Hochdruckseite (ca. 3 %) 
  • Heber kaltblasen :  trotzdem nur (ca. 1 l / 40 l Füllung = 2.5 % gemessen) 
  • Handling Verluste ca. 1% 
  • Summe = 6.5 % (1995) 
  • Bolometer füllen (hängen aus technischen Gründen nicht an der Rückführung) = 2%  (seit 1996) 
  • Gesamtsumme 8% (Vorschläge zur Reduzierung willkommen) 
Alle anderen Verluste (8%) werden nur durch die Schlamperei der User verursacht ! 

neueste Präventivmassnahmen :

Neuerdings kontrolliert unsere Technik mittels des neuen Gaszählers das Verhältnis aus rückgeführter Gasmengge und der Gasmenge in den Flaschen. Auf diese Weise können Kompressorlecks früher erkannt werden. Dennoch ist das kein Grund sich sicher zu fühlen, denn merke : 

Viele kleine Lecks sind in der Summe ein grosses Leck !!!

Die Helium Schurkereien :

(alles schon vorgekommen, nichts erlogen, nichts erfunden): 

Kapitalverbrechen #1 : offene Kannen

  • die gesamte Rückführung ist offen, der Ballon (10 m3) der Recyclinganlage ist damit sofort leer der Abdampf aller Cryostaten wird verblasen (50 l pro Tag, mindestens 100 l am Wochenende)
  • Wasser + Eis  gelangt in die Kanne : das ist nie wieder  rauszubringen, die Isolation wird schlecht, Eis verstopft  die Heber (alte IBK Kanne) und Prof. Steiner bekommt (zu Recht) einen Anfall. 
offene Kannen liegen gern in folgenden Formen vor : 
  • einfach so offen (Ventil offen, Stöpsel fehlt) (eher selten) 
  • Rückführung ist angeschlossen, offener Schlauch liegt aber im Eck (sehr beliebt !) 
  • kein Stöpsel, Stöpsel wird stundenlang gesucht, Kanne ist derweil offen und wird schließlich vergessen.
  • Kanne wird offen gelassen weil "die Kanne ist eh leer, wozu dann der Stöpsel ?" 
  • Ballon von irgendwem abmontiert (weil zu faul, eigenen Ballon zu suchen), Ventil für Ballon ist offen. 
Kapitalverbrechen #2 : offene Rückführleitungen

der einfache Fehler (sehr selten) : 

  • offene Rückführleitungen und offene Blindflansche 
die typischen Fehler (häufig) :
  • Cryo-Flow Hebereinführung wird nach dem Betrieb oder im Betrieb offen gelassen während die Rückführung angeschlossen ist !!!!  Das erzeugt gewaltige Verluste da der Abdampf der Cryoflows ca. 2-4 l He / Stunde beträgt. 
  • offene Badkryostaten (Heber oder Topflansch) : Dadurch ist die Rückführung offen (eher selten weil gut sichtbar durch rückwärtsdrehende He-Uhr) 
der beseitigte (?) "Fehler" 
  • Cryoflows / Bolometer sind grundsätzlich nicht an der Rückführung weil "lohnt eh nicht wegen dem bisserl Helium". 
Remember : Es sind nicht überall  selbstschliessende Verbinder drauf !!! 

Kleinere, aber sich gewaltig aufsummierende Heliumdelikte

  • Cryostaten erst füllen, dann stundenlang Stöpsel für Kanne / Cryostat suchen 
  • Heber rausreissen wenn Kanne / Cryostat unter Druck  steht -> viel Gasverlust weil kaltesGas austritt 
  • Durchführungen sind nicht zugedreht (Rückführung steht unter Überdruck) 
  • keine O-Ringe in den Durchführungen ("ach da gehoert ein O-Ring rein ? Ahh dazu sind diese Nuten gut, ich habe mich schon immer gewundert wozu....") bzw. voellig vergammelte O-Ringe in den Durchführungen. (Kaugummidichtungen sind zwar auch dicht, sollten aber nicht zum fke-Standard werden) 
  • Der  wüste Umgang mit den Hebern : Heber sind teuer und haben eine monatelange Lieferzeit weil sie meistens Spezialanfertigungen sind 
  • Nicht an die Rückführung angehängte Kannen blasen in die Luft ab (und sind wegen des hohen Drucks ausserdem noch ein Sicherheitsrisiko) 
  • die Einstellung  : "in Amerika haben wir die Cryostaten so lange gefüllt, bis das flüssige Helium auf allen Seiten schön gleichmässig herunterrinnt und vor allem das oben herausspritzende Heilium so schön blumenförmig aussieht. Man nennt das deshalb blooming...".   !!! THIS IS  NOT AMERICA !!!! 
ebenfalls nicht gut für störungsfreien He-Betrieb : der Saustall im Labor ! 

endgültig habe ich folgende Dinge satt : 

  • fehlende Blubber 
  • fehlende Stöpsel 
  • fehlende Dichtungen + verschmissene und verstreute O-Ringe 
  • unersetzliche Spezialteile (Flansche) sind verschwunden oder irgendwo zweckentfremdet 
  • Durchführungs- und Flanschteile hängen auf irgendwelchen Hebern in anderen Labors oder werden gar in den Tiefbunker U4 verschleppt 
  • etc etc etc.... 
ein für allemal gilt :  
Wir sind NICHT in Amerika aber trotzdem auch nicht in einer Kolchose ! 
  • Flanschteile, Blubber etc sind kein Kollektiveigentum und verbleiben  deshalb in den jeweiligen  Labors 
  • Fehlen solche Spezialteile : kaufen oder machen lassen (sage ich schon seit 3 Jahren) 
  • Ein Teil im eigenen Saustall nicht sofort zu finden berechtigt NICHT zur Ausleihe im Nebenlabor !! 
  • Die Betroffenen sind vom Ausleihvorgang zu unterrichten damit sie nicht unnötig das ausgeliehene Teil suchen müssen 
  • Mein Labor ist kein Ersatzteillager ! 
Saustall führt zur Vergeudung von (besonders meiner) Arbeitszeit und zur erheblichen Beeinträchtigung des Laborbetriebs (Überhebern am Wochenende war z.b. nicht möglich wegen fehlenden Klemmrings und der  Cryostat taute auf) 

Wie mache ich mich bei Prof. Steiner, unserem Flüssig-He Lieferanten, besonders unbeliebt ?

Gute Chanchen auf ewige Verfluchung hat : 

  • wer Helium Kannen ewig im Labor stehen lässt, sodass sie schön warm werden  ehe sie zurückgegeben werden. Auf diese Weise braucht man nämlich 30 Liter Helium extra und eine Stunde zusätzliche Zeit, um die Kannen wieder zu befüllen.  Die Verfluchung durch Steiner und alle seine Techniker ist Dir sicher. 
  • wer Helium Kannen mit STICKSTOFF beim Überhebern aufbläst. Dann nähmlich bildet sich in den Kannen Stickstoffeis und um das wieder herauszubekommen......  Diesen Teil lässt Du Dir am besten vom Steiner persöhnlich erklären. Nimm aber einen Stahlhelm und eine Grosspackung Valium mit. Der Helm ist für Dich, das Valium ifür Prof. Steiner. 3 Kisten Bier für die Techniker sichern Dir im Schuldfall VIELLEICHT Dein Überleben.... 
  • wer 200L Helium sofort und unbedingt morgen früh braucht. Kannen müssen gefüllt und die Transporte organisiert werden. Einmal mag ein Notfall als Ausrede durchgehen. Im Wiederholungsfall werden die Techniker wohl ...(Zur veröffentlichung ungeeignet).. !! 
Gibt es möglicherweise Absolution von meiner Heliumsünde ? :

Vor der ewigen Verdammnis bei 4.2K (-269 Grad Celsius) kann nur gerettet werden wer :

  • schwört, dass er begriffen hat , das gilt : He = $$$$$. 
  • schwört, dass er in Zukunft  immer auf offene Rückführungen etc. achtet. 
  • schwört, dass er in Zukunft  immer Ordnung im Labor hält und nicht die Flanschteile der anderen versteckt. 
  • schwört, dass er  begangene Sünden sofort beichtet, damit die He-Verantwortlichen nicht wochenlang Lecks suchen müssen. 
  • schwört, dass er die Tieftemperaturanlagen nicht beleidigt, weil wir solche Aktionen ALLE GEMEINSAM ausbaden müssen. 
Schliesslich und endlich : Sicherheit und wer darf was ?

Merke : natürlich ist das He-System so sicher wie möglich (Überdruckventile etc.) Aber jeder kann eben einmal einen Fehler machen und macht der vorherige Benutzer der Kanne oder des Cryostaten einen Fehler und man passt gerade selbst nicht besonders auf kann das wirklich übel ausgehen.....

daher gilt : 

  • Zu allererst : der Besuch von Prof. Steiners Kühlmitteleinschulung ist Pflicht für alle Neulinge !! 
  • jeder He User kontrolliert immer und überall bei jeder Kanne (auch wenn er die Kanne nicht braucht und ihr nur zufällig über den Weg läuft), dass die Kanne WIRKLICH am Abgas hängt. Der offizielle Zustand der Kanne ist: das Abgasventil ist auf 
  • der selbstschliessende ist Verschluss GANZ draufgesteckt 
  • das Ventil zum Ballon ist offen 
  • beim Hantieren mit Helium / Kühlmitteln werden immer Handschuhe und Schutzbrille getragen 
  • beim Wechseln der He-Flaschen in der Recycling Anlage ist unbedingt Gehörschutz und Gesichtsschutz zu tragen.  (nochmal und wers nicht glaubt frage den Steiner und seine Leute : Platzt so ein Schlauch bei 200 Bar, so reisst es einem WIRKLICH die Ohren vom Kopf !!! KOPFHÖHRER AUFSETZEN !!!  KEINE AUSREDEN !!!) 
  • Reminder : Stickstofftanks sind vorallem auf der Strasse nur zu zweit zu  bewegen ! 
Was tun, wenn ein Störfall auftritt,insbesondere wenn Kühlmittel austreten ?

Ein typischer Störfall ist z.B. dass der Heber einfriert, He austritt und heftig das Labor einnebelt.  Das einnebeln ist ein besonderes Problem, da es einem die Sicht für gezielte Aktionen nimmt und ausserdem Erfrierungsgefahr besteht. In solchen Fällen gilt : 

  • Sofort raus aus dem Gasnebel und alle Abgasventile und Überdruckventile aufreissen (verringert  gegebenenfalls die Explosionsgefahr). WICHTIG : im Störfall sind He-Spargedanken völlig fehl am Platz, die eigene Sicherheit geht vor. 
Wesentlich schlimmer ist es, wenn irgendetwas dubioses passiert und man nicht weiss was los ist (laute Geräusche in der Kanne / Cryostat, plötzlicher riesiger Abdampf etc) In solchen Fällen gilt für den normalen User: Erst handeln, dann denken nämlich :
  • Sofort ALLE alle Abgasventile und Überdruckventile aufreissen (Kanne + Cryostaten) WURST OB MAN DANN N DIE LUFT ABBLÄST ODER NICHT 
  • offenen Fluchtweg sicherstellen 
  • Gefahr abschätzen und dann die Ursache suchen aber nur zu Zweit !! 
Ganz schlecht ist es, wenn man z.B.aus Wut eine Kanne umschmeisst o.ä. 
  • Bei He-Kannen gilt : run 
  • Bei LN2 Kannen gilt : run faster (im Einzelfall kann es Sinn machen, dass man versucht noch die Ventile zu öffnen, zu diesem Zweck aber niemals in das ausströmende kalte Gas greifen !!) 
!!! Erfrierungsgefahr, Erstickungsgefahr, ERHEBLICHE Explosionsgefahr !!! 

Hinweis : Versuchen, die Kanen wieder aufzustellen ist sinnlos, denn die Kannen sind schwer. Das gilt vorallem für die Stickstoffkannen (ca 300 Kg) 

Wer darf Badcryostaten selbstverantwortlich betreiben ?

Genehmigungen zum selbstverantwortlichen Arbeiten erteile  NUR ich ! Selbstverantwortlich mit Badcryostaten arbeiten dürfen derzeit : 

  • Jochen 
  • Reinhard 
  • Jürgen
Alle anderen arbeiten nur unter der Anwesenheit eines "He-Seniors" (3 mal Cryostat bedienen berechtigt nicht zum selbstverantwortlichen Arbeiten). Der VTI sieht einfach aus, ist aber sehr heimtückisch in Bezug auf Arbeitsunfälle  und He- Katastrophen. Wer meint, er könne einen Badcryostaten "einfach so" abkühlen, kann das je gerne mal probieren, aber nur an einem Cryostaten, der die nächsten 4 Wochen nicht gebraucht wird !! 

Wer darf Cryoflows selbstverantwortlich betreiben ?

NUR  Werner und Charly schulen ein und erteilen die Genehmigungen 

Wer darf Flaschenbündel bei der Recyclinganlage wechseln ?

NUR die Technik und von der Technik GESONDERT eingeschulte Personen. OHNE AUSSNAHME Gesichtschutz tragen ! Gehörschutz tragen ! 

Im Zweifelsfall : erst fragen / anrufen DANN handeln ! 

Es ist keine Schande mich, Charly, Gottfried, Werner oder die Techniker am Wochenende oder spät abends anzurufen. Lieber einmal zuviel telefonieren als sich die Finger anfrieren oder etwas kaputt zu machen ! 

Remember : Niemals alleine arbeiten !  
  
 

gez. J. Smoliner, (als Helium-Oberguru vom Dienst)