Cryogenics for a liquid Krypton purity monitor

Fig
PID and schematics of the LKr TPC purity monitor to refill the 10m3 storage Dewar in NA62 ECN3. The System has been tested in the Cryolab for thermal performance and reachable krypton purity (5 ppb oxygen equivalent).

To be able to determine the relevant purity level of Kr, which has to be filled in the NA62 storage Dewar, a condensation chamber is built to accommodate a time projection chamber (TPC). A purity level of Krypton <5 pbb(Oxygen equivalent) has been reached by an extensive purge (4 x vacuum to 10-3 mbar and refill with Krypton gas through the filters) and bake-out procedure (TPC chamber at 65°C vacuum pumped for 7 days to 10-7 mbar). The TPC is probing the LKr purity by the electron lifetime in the applied HV electric field and therefore tests the integral krypton purity, as it is important in the NA62 experiment. A pulse tube cryocooler provides the mechanical support and the cooling power of up to 50 W at the internal heat exchanger at the saturation temperature of Ts=120 K. The system operates with stable saturation temperature and pressure.

 

Pour déterminer la pureté du krypton utilisé dans le Dewar qui alimente le détecteur NA62, un système de condensation est mis en place pour accueillir une chambre à dérive (TPC en anglais). Un très haut niveau de pureté (<5 pbb), nécessaire pour le détecteur, a été atteint dans le krypton après plusieurs purges (jusqu’à 4 avec du krypton gaz au travers d’un filtre) mais aussi un traitement thermique (avec la chambre à dérive à 65°C sous vide à 10-7 mbar pendant 7 jours). La chambre à dérive examine la pureté du krypton liquide grâce à la durée de vie des électrons dans le champ électrique haute tension. Un cryocooler à pulse tube assure le maintien mécanique et une capacité de refroidissement de 50W via un échangeur interne pour obtenir une à une température de saturation de 120 K. Le système fonctionne dans des conditions stables de saturation en température et pression).