减少大学的氦足迹|18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理凝结物|UIUC

Loomis Lab的Liquid Helium设施团队的回收工作节省了宝贵的资源，同时支持领先的研究

伊利诺伊18新利在线娱乐官网新利足球州物理液氦设施团队在Loomis Lab一楼的主设施中为照片摆姿势。从左到右的照片是低温技术员Kelly Sturdyvin，研究工程师Eric Thorsland，低温程序员Nikki Colton和Illinois Physics Anna Przybyl。新利足球18新利在线娱乐官网

珍妮·扎·罗斯（Jennie Z. Rose）
用于伊利18新利在线娱乐官网新利足球诺伊州物理学

18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理学教授杰夫·菲利皮尼（Jeff Filippini）及其在《织布机》实验室的研究小组开发了天文工具，从而观察到早期宇宙的微弱光。这些仪器安装在大量的氦气气囊上，并从南极洲发射。他的团队利用以这种方式收集的观察结果为宇宙的历史和其中的基本物理学发明了新的启示。

Filippini解释说：“我们的观察结果是在传统的射电天文学和红外天文学之间以毫米和亚毫米的波长进行的。”
Filippini实验室的工作需要非常冷的温度，只能使用液体氦气才能实现。

他说：“这项工作需要敏感的超导检测器，冷却至绝对零以上的一小部分，以减少仪器噪声。”“我们的大多数仪器都在平流层气球上发射，那里的重型机械冷却器是不切实际的。我们使用液体氦气冷却气球传播的乐器。我们使用较小的实验室低温器进行飞行前测试和技术开发。”

<sub>18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理教授杰夫·菲利普尼（Jeff Filippini）站在蜘蛛（Spider）的前面，这是一个气球传播的宇宙微波背景（CMB）望远镜，位于南极洲麦克默多站的发射台上。蜘蛛是一种低温有效载荷，充满了1000升液态氦气。信用：蜘蛛协作</sub> — _{18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理学教授杰夫·菲利皮尼（Jeff Filippini）站在蜘蛛（Spider）的前面，这是一个气球传播的宇宙微波背景（CMB）望远镜，位于南极洲麦克默多站的发射台上。蜘蛛是一种低温有效载荷，充满了1000升液态氦气。信用：蜘蛛协作}

Filippini的团队（例如校园中的许多其他研究小组）从Loomis Lab一楼的氦气液化设施中进行液态氦气。建于1958年，旨在支持扩大研究工作，然后在当时称为固态物理学（现在称为凝结物理学）中，此后，Liquefier扩大了其客户群，以包括UIUC校园中整个科学的研究人员。液态氦也已成为化学和生物医学科学，作为磁共振成像（MRI）和核磁共振（NMR）光谱中超导磁体的冷却剂。

Filippini指出，近年来，一些需要使用高压气体的闭路配置的机械冷冻机的应用已转变为机械冷冻机。但是，在许多应用中，液态氦仍然是不可替代的，在这种应用中，冷冻机的复杂性，质量，振动和电力需求是不切实际的。

Filippini并不认为他的实验室对这个关键资源的访问权限。

他评论说：“氦气是一种不可替代和不可再生的资源。”“我们获得氦气作为天然气钻井的副产品。它在地质时间尺度上慢慢积聚在多孔岩层中，作为放射性衰减的副产品。但是，一旦释放出空气，氦气就会逃到太空 - 我们不会把它拿回来。我们必须认真管理我们的供应。”

在2012年和2012年的最后一次全球氦气短缺中，液态氦气流出的液化厂的流动被中断。大量价格上涨和交付延误威胁到研究进展。由于许多UIUC研究人员都面临着某些人所谓的“三元素”的面临：高价支付，暂时关闭设施或找到氦气的替代品。如果氦气完全可以交付，则研究预算竭尽全力弥补成本。

_{18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理研究工程师Eric Thorsland检查了安装在Loomis Lab地下室中的压缩机。}

_{18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理学的低温程序员尼克·科尔顿（Nikki Colton）将本科生工人安娜·普尔兹比尔（Anna Przybyl）焊接。}

_{18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理研究生Rong Nie在Filippini实验室里刺了一辆氦气。}

_{18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理低温技术人员凯利·斯特迪文（Kelly Sturdyvin）在液化植物的机械上工作。}

_{L. Brian Stauffer的照片，伊利诺伊大学Urbana-Champaign}

当时，伊利诺伊州物理研究人员18新利在线娱乐官网新利足球正在回收大约一半的氦气订购，这要归功于恢复管道系统在2007年安装了整个Frederick Seitz材料研究实验室和Loomis Lab。。杰里·库克（Jerry Cook）是Loomis Lab的设施经理，负责在Liquefier工厂监督运营的设施经理，与其他有Liquefiers的大学联系，以帮助改善UIUC工厂的回收和效率。

2014年，在伊利诺伊州物理学研究工程师埃里克·索尔斯兰（Eric Thorsland）的监督下，氦液体团队被批准，将回收工作扩展到Loomis Lab以外的建筑物。新利足球18新利在线娱乐官网现在，氦回流管道从核物理实验室（NPL）和化学和生命科学实验室（CLSL）运行到液化植物。在Loomis的地下室中安装了一个用于处理增加的回收负荷的恢复系统。

在这项工作之前，索尔兰（Thorsland）已经在他自己的主动性下在NPL安装了基本的独立氦回收系统。

索斯兰指出：“建立NPL独立系统的灵感来自需求，以及我们将所有在NPL中使用的氦气进入大气的现实，这是无法恢复的。这对我来说是不可接受的，由于可持续性原因，我想恢复氦气气体，并有资格获得已在Loomis系统中已经获得的实验室的恢复信用。”

不久之后，当时的部门和戴尔·范·哈林根（Dale Van Harlingen）教授聘请了索斯兰（Thorsland），开始了将Loomis Lab Recovery System扩展到物理综合体之外的多相过程。

Thorsland与一组设施人员和教职员工合作，计划和执行该项目。2017年，CLSL的1750英尺长的地下恢复线被运行。伊利诺伊州化学的一支团队致力于将其三个设施联系起来，而索斯兰与伊利诺伊州化学教授迪恩·奥尔森（Dean Olsen）合作，他在CLSL的主要收集系统上使用了氦气进行自己的研究。2020年，通过Green Street和Goodwin Avenue的蒸汽分配隧道安装了另外10,000英尺的地下小孔中压力线，将管道连接到NPL。

2017年，该部门18新利在线娱乐官网新利足球的校友Nikki Colton于2017年开始在Liquefier工作，以学生工作者的身份在Liquefier工作，开始安装数字氦恢复监测系统，仪器将具有信用卡尺寸的Raspberry Pi Computers diaphragragm Gas Meters升级为收集数据。通过识别泄漏的位置，这项工作提高了总系统的效率，这些泄漏的位置很快修复。

自那时以来，科尔顿与索尔兰（Thorsland）合作，不断完善氦恢复监测系统，在湿度传感器上安装Raspberry PI，并重写最初用Python的Labview Code编写的计算机程序。科尔顿与伊利诺伊州物理学的本科生Ann18新利在线娱乐官网新利足球a Przybyl合作，他是Liquefier Plant的学生工作者，以开发新法规。

索斯兰指出：“在团队中增加了Nikki Colton，她在增加对数据收集的恢复计量系统的电子监控方面的工作一直是提高恢复率的主要工具。我们拥有有关系统中气流，湿度和压力的实时数据，这有助于我们快速解决损失和污染并迅速采取行动的能力。Nikki在指导我们的学生工人方面的帮助以及她记录恢复系统的努力一直是运营的关键部分，并有助于我们使系统可持续发展。”

通过维护和对植物本身的升级，引入了氦产生和回收的效率。Most recently, these have been under the direction of cryogenics technician Kelly Sturdyvin, who took over day-to-day operations in the plant in 2019. Sturdyvin’s mechanical intuition—as he calls it, “keeping an ear for the liquifier machine”—keeps the Liquid Helium Facility’s cryogenic compressors and operations running optimally, with outputs above manufacturer’s recommendations. Sturdyvin says the ongoing rapport with technicians and engineers at other liquefier plants using recovery systems has been critical to his success.

Liquefier团队在2019年由伊利诺伊州物理主管和Matthias Grosse Perdekamp教授任命的一名教职员工工作组中得到了支持。新利足球18新利在线娱乐官网The task force—initially led by 18新利在线娱乐官网新利足球Illinois Physics Professor Liang Yang and including Filippini and Illinois Physics Professor Vidya Madhavan, Cook (then the facilities manager), Sturdyvin (then the assistant facilities manager), Thorsland, and Illinois Physics business manager Steve Knell—reviewed多年的预算细节，并与其他几所大学的可比液化工厂的代表进行了咨询，以向该系提出建议，包括增加人员配备，硬件升级和对工厂的年度审计。
Filippini领导了进行第一次年度审计的团队。

Filippini指出：“第一次审计发现，我们的许多建议已经开始工作。”“在额外人员配备的帮助下，该团队对恢复系统进行了改进计划，并对每个用户组的实验室实践进行了审查。这些导致了更大的泄漏系统，提高了效率并降低了成本。最大的资本投资被推迟在19日危机期间，但仍在追求。”
目前，Liquefier团队正在继续进行该设施及其服务的支持计划。展望未来，工作队还正在研究扩大氦服务和恢复系统的可行性，向校园内外的更多用户。

由伊利诺伊州物理学的低温程序员Nikki Colto18新利在线娱乐官网新利足球n撰写的新时间表详细介绍了氦气液化设施的改进：//www.chinawangyintong.com/research/facilities/helium-liquefier-timeline。

关于数十个恢复仪，两个湿度传感器和两个压力传感器的历史数据分析，可在线提供给校园社区：https://heliumrecovery.web.illinois.edu/。

NASA科学任务局通过Spider（Grants NNX17AC55G，80NSSC21K1986）和Tim（Grant 80NSSC19K1242）计划，在FILIPPINI集团中进行了激烈的研究。