Hochleistungskryostat bei der FH Wiener Neustadt : Forschung bei -269,55° C

In Wiener Neustadt in Niederösterreich wird in zwei wichtigen Bereichen intensiv geforscht: Wasserstoff und Weltraumtechnologie. Während man sich bei der HTL Wiener Neustadt sehr erfolgreich beim Thema Wasserstoff engagiert, dreht sich in der FH Wiener Neustadt vieles um den Bereich Weltraumtechnologie. Nicht nur, weil seit 2012 der Master-Studiengang Aerospace Engineering angeboten wird. 
Seit 12. September 2024 beherbergt die FH Wiener Neustadt (FHWN) als erster Standort Österreichs ein offizielles „ESA Laboratory“ der europäischen Raumfahrtbehörde. In drei zentralen Forschungsbereichen soll an der FHWN die Entwicklung für ESA-Projekte (durch das ESA_Lab@UAS WN & FOTEC/ so der Name) vorangetrieben werden: 

• Entwicklung und Anwendung von Nano- und Mikrosatelliten 
• Antriebssysteme für diese Satellitenklassen 
• Charakterisierung und Testen von Space Hardware 

Um diese Entwicklungen vorantreiben zu können, braucht es natürlich auch entsprechendes Equipment, wie z. B. ein Temperiergerät für allerniedrigste Temperaturen, auch Kryostat genannt. Ein Hochleistungskryostat wurde nun in der FH Wiener Neustadt in Betrieb genommen.

Der Kryostat, der von einem siebenköpfigen Team innerhalb von zwei Tagen aufgebaut wurde, besteht aus einem vakuumisolierten Bereich, in dem die Proben thermisch abgeschirmt und vor äußeren Wärmeeinflüssen geschützt sind. Durch ein spezielles Kühlsystem mit Heliumgas wird dieser Bereich schrittweise auf extrem tiefe Temperaturen heruntergekühlt. Das Verfahren ähnelt dem Prinzip einer Wärmepumpe: Helium wird expandiert und entzieht der Probe so Energie, bevor es in einem geschlossenen Kreislauf wieder kondensiert.
Finanziert wurde das Gerät mit Unterstützung des Landes Niederösterreich im Rahmen der FTI-Infrastrukturinitiative der Gesellschaft für Forschungsförderung (GFF), ergänzt durch Mittel der FH Wiener Neustadt. Der Kryostat steht künftig auch externen Partnern (m/w/d) zur Verfügung. Kooperationsprojekte sind bereits mit der TU Wien, MedAustron und dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Planung.
Der Kryostat eröffnet vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Forschung: Er wird genutzt, um das Verhalten von Elektronik unter extremen Kältebedingungen zu analysieren – etwa für den Einsatz im Weltraum. Besonders spannend ist seine Rolle in der Quantentechnologie, denn viele Quanteneffekte zeigen sich erst bei tiefen Temperaturen. „Quantencomputer könnten in Zukunft Berechnungen ermöglichen, für die herkömmliche Computer Jahrzehnte brauchen würden – und das in kürzester Zeit. Damit das funktioniert, braucht es Kontrollelektronik, die bei extrem niedrigen Temperaturen zuverlässig arbeitet. Genau daran forschen wir mit dem Kryostaten“, so Koller.

Gleichzeitig ermöglicht der Kryostat die Untersuchung von Strahlenschäden an elektronischen Bauteilen, wie sie durch hochenergetische Teilchen entstehen – etwa im Rahmen von Raumfahrtmissionen oder in der Krebstherapie. „Dank der extrem niedrigen Temperaturen lassen sich kleinste Störstellen im Kristallgitter anregen und untersuchen – genau jene, wie sie durch Bestrahlung verursacht werden“, ergänzt Wolfgang Treberspurg, Leiter des CSCT-Kompetenzzentrums.
Auch im Unterricht soll das neue Gerät zum Einsatz kommen. Studierende aus dem Master-Studiengang „Aerospace Engineering“ sowie dem Bachelor-Studiengang „Mechatronik“ werden im Rahmen von Lehrveranstaltungen praxisnah an Themen wie Weltraumtechnologien und dem Einsatz von Elektronik unter extremen Temperaturbedingungen herangeführt - ein wichtiger Beitrag zur forschungsgeleiteten Lehre an der FH Wiener Neustadt. Durch inhaltliche Überschneidungen, etwa in der Messtechnik und Instrumentierung, wird der Kryostat auch für weitere technische Studiengänge eine Rolle spielen.

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