Al ruim 100 organisaties zijn druk met precisietechnologie voor de Einstein Telescope

Of de Einstein Telescope (ET) onder de Zuid-Limburgse heuvels komt, zullen we pas over ruim een jaar weten. Feit is wel dat al meer dan honderd bedrijven bezig zijn met de ontwikkeling van innovatieve oplossingen voor dit technologisch hoogstandje. Tussen de 35-40% hiervan komt uit Nederland. Hun interesse komt primair voort uit de fascinatie voor de natuurkundige uitdagingen van het ET-project. Maar ze zien ook kansen om de nieuwe precisietechnologie in andere toepassingen te gebruiken.

Het is alweer tien jaar geleden dat Nikhef de Europese plannen voor de bouw van de Einstein Telescope voor het eerst op de Precisiebeurs aankondigde. Op 18 en 19 november, als de 25e editie van de Precisiebeurs plaatsvindt, heeft het project opnieuw een prominente plek op de beurs. Business Developer Valorisatie Einstein Telescope Albert van Dorssen houdt op woensdag 18 november een presentatie over de komende deelprojecten rond de Einstein Telescope.

Hoewel het politieke besluit over de locatie pas eind 2027 wordt genomen, wordt er al volop technologie ontwikkeld. Nederlandse partijen zijn al enkele jaren aan de slag onder de paraplu van het Nationaal Groeifonds. Daarnaast werkt een aantal bedrijven en kennisinstellingen in consortia met partners uit België en Duitsland. Deze Interreg-projecten zijn later gestart. Albert van Dorssen schat dat van de ruim 100 organisaties die nu al actief zijn, ruim een derde uit Nederland komt.

Het zijn naast onderzoeksinstellingen zowel grotere als vooral ook kleinere bedrijven. Van Dorssen: “Hier zie je dat de juiste kennis leidend is in de zoektocht naar partners.” Wat ze met elkaar gemeen hebben, is fascinatie voor de complexe vraagstukken die opgelost moeten worden voordat de Einstein Telescope op zoek kan naar de zwaartekrachtgolven. “Deelname aan het ET-project levert verder prestige op; het straalt af op de bedrijven, qua marketing én aantrekkingskracht voor studenten en medewerkers.”

De business is echter net zozeer een drijfveer voor de bedrijven om mee te doen aan de projecten. De bedrijven die meedoen aan de projecten van het Nationaal Groeifonds, betalen een deel van de kosten zelf.

Oplossing voor kwantumcomputers

JPE is een van de bedrijven die meedoet. Supernauwkeurig positioneren in cryogene omstandigheden is al jaren het specialisme van het Limburgse engineeringbureau. JPE ontwikkelt voor de Einstein Telescope een trillingisolator; een systeem dat in vacuüm en bij minus 263 graden (waarin de spiegels staan) trillingen permanent elimineert. Want zelfs de geringste vibratie zou het meetresultaat verstoren.

“De ET-tender past precies in onze expertise. Daarom zijn we al tien jaar geleden gevraagd mee te doen. Voor de trillingisolator die we ontwikkelen, zien we op lange termijn ruimte in ons productportfolio”, zegt directeur-eigenaar Huub Janssen. De technologische uitdaging is zeker een trigger geweest om mee te doen. “Maar je doet niet mee vanwege de subsidie. Je moet er wel een applicatie in zien voor je eigen vakgebied; in je eigen productlijn.” Dat zag Huub Janssen meteen.

In de wereld van de kwantumcomputers speelt het trillingvrij positioneren bij lage temperaturen eveneens een grote rol. Het ET-project biedt het ingenieursbureau de kans de eigen technologie door te ontwikkelen voor zo’n toekomstige applicatie. Voor hem is dit de enige manier om mee te doen aan dit soort Big Science-projecten. “Je steekt er veel tijd en geld in. Als je dat niet op de een of andere manier kunt terugverdienen, dan is het duur leergeld.” Dit illustreert wel hoe deze Big Science-projecten de innovatie in de Nederlandse precisie-industrie aanjagen.

Unieke koeltechniek

Om de sensitiviteit te verbeteren en ook zwakkere zwaartekrachtgolven te detecteren, wordt de thermische ruis onderdrukt door de spiegels te koelen tot 10 graden K (263 graden C) in een ultrahoog vacuüm omgeving. Hierdoor wordt voorkomen dat warmte trillingen van de spiegel veroorzaakt. Koelen gebeurt met een Joule-Thomson-koeler, die vrij is van mechanisch bewegende delen en aangestuurd wordt door een sorptiecompressor.

“Dat is uniek; dit is nog nooit eerder op deze schaal gemodelleerd en gebouwd”, zegt Romaine Kunst, Thermal Systems Engineer bij Demcon kryoz. De cryospecialist brengt vooral de expertise van Joule-Thomson-koeling in; de startup Cooll levert de expertise voor de speciale compressor. Beide bedrijven zijn spin-offs van de UTwente, waar al decennia onderzoek wordt gedaan naar dit koelconcept. In technisch jargon mag de koeling straks niet de grens van 32 nanometer peak-to-peaktrilling overschrijden. Romaine Kunst: “Een mensenhaar meet 50 micron. Wij willen de trilling onder een duizendste van zo’n haar houden.”

Lange doorlooptijden

De uitdaging voor het consortium was dat de koeler voor de Einstein Telescope voldoende koelvermogen nodig heeft om de temperatuur gedurende langere tijd precies op 8 graden Kelvin te houden. En dat dit volledig trillingsvrij moet gebeuren. “Wat we nu hebben ontwikkeld, is echt uniek. In deze combinatie bestaat dit nog niet op zo’n hoog TRL-niveau”, zegt Adrie Visser, projectmanager bij Demcon kryoz.

In 3,5 jaar tijd hebben de twee bedrijven en de universiteit de oplossing van een conceptueel niveau doorontwikkeld naar een demonstrator. “Eén bedrijf alleen kan hiervoor nooit zoveel geld uittrekken”, zegt Romaine Kunst, over het belang dat dit soort projecten worden gesteund door overheidsfondsen, zoals het Nationaal Groeifonds.

Dit najaar wordt de eerste koeler (6,1 meter hoog, 2,8 meter doorsnede) gebouwd in het hogedruklaboratorium van de universiteit. Een van de uitdagingen was de juiste componenten te vinden die ook voldoen aan de minimale levensduur. Adrie Visser: “We hebben te maken met veeleisende specificaties, zoals compatibiliteit met ultrahoog vacuüm, unieke functionaliteit en cryogene temperaturen. Dit leidt tot intensieve afstemming met gespecialiseerde leveranciers. Soms kom je uit bij slechts één partij ter wereld die het onderdeel kan leveren, met levertijden die kunnen oplopen tot een half of zelfs een heel jaar.”

De adsorptiecompressor is modulair ontworpen; zelfs als meerdere heaters stuk gaan, blijft er voldoende koelvermogen over; cruciale sensoren zijn redundant uitgevoerd. Als de test in Twente slaagt, volgt de definitieve test in het testlaboratorium van de Universiteit Maastricht, genaamd ETpathfinder in Maastricht.

Kansen voor de precisie-industrie

De ruim honderd bedrijven die momenteel al werken aan technologie voor de Einstein Telescope, ontwikkelen stuk voor stuk technologische hoogstandjes. Dat zal nog wel een poos zo blijven, verwacht Albert van Dorssen. Want vanaf het moment dat de aanleg van de infrastructuur voor de telescoop start, de drie 300 meter diepe schachten en de drie tunnelbuizen van elk 10 kilometer, is nog een jaar of zes tot acht voorzien voor de ontwikkeling van de benodigde precisietechnologie. “Daar komen dus nog voldoende nieuwe kansen voor precisiebedrijven”, zegt Van Dorssen.

Hij zal op de eerste dag van de Precisiebeurs in een presentatie niet alleen de huidige status schetsen, maar ook de kansen die zich in 2027 en 2028 aandienen. Tot nog toe gaat het vooral om TRL-technologie op laag niveau die doorontwikkeld moet worden. De komende jaren zal de focus geleidelijk verschuiven naar industrialisatie. “Want als je in een serie van tien stuks gaat produceren, gelden er andere designeisen; componenten moeten dan maakbaar zijn tegen een acceptabele prijs. Dan kunnen ook bedrijven met een ander profiel meedoen”, zegt de Business Developer van het ET-project.

Ook dit type bedrijven hoopt hij te ontmoeten op de Precisiebeurs. Albert van Dorssen zegt dat de rol van de Precisiebeurs in dit Big Science-project niet onderschat moet worden. “De beurs zal een belangrijke rol blijven spelen als platform om meer bekendheid te geven aan projecten die eraan komen, zodat we vroegtijdig bedrijven bereiken die kansen hebben om mee te kunnen draaien.”

Romaine Kunst en Adrie Visser hebben vorig jaar op de ET-stand op de Precisiebeurs zelf meegedraaid om bezoekers tekst en uitleg te geven. “We hebben een aantal unieke technieken waarvoor er niet veel leveranciers zijn. Als je die op de beurs face-to-face kunt spreken, komt dat de samenwerking ten goede”, zegt Adrie Visser. Romaine Kunst beaamt dit volmondig. Zelfs in een tijdperk van e-mail en Teams is het vaak effectiever als je mensen persoonlijk ontmoet. “Dat maakt het gemakkelijker om iets toe te lichten wat we nodig hebben en op welke tijdschaal.”

Nieuwe business

Zowel de Joule-Thomson sorptiekoeler als de trillingsisolator worden getest in de cleanroom van ETpathfinder. Ondertussen werkt JPE, zelf exposant op de Precisiebeurs, aan een tweede, verbeterde versie waarmee Huub Janssen trillingsproblemen voor andere klanten wil oplossen, bijvoorbeeld om voor kwantumcomputers snel in een cryostaat verschillende chips te testen.

De exposure die zowel op de Precisiebeurs als ook op andere manieren aan het Einstein Telescope-project wordt gegeven, is daarbij waardevol. “Dit wekt interesse op van andere partijen die ons zo hebben leren kennen en net weer iets andere vragen bij ons neerleggen. Dat is een niet te onderschatten fenomeen. Ik kan erover praten en ik kan iets laten zien, dat is een groot voordeel van dit soort projecten.”

Ook bij Demcon kryoz denkt men al na over andere toepassingen voor de trillingsvrije cryokoeler bijvoorbeeld in de halfgeleiderindustrie, kwantumsector en de medische wetenschap. Adrie Visser: “Onze technologie biedt kansen voor toepassingen waar thermische stabiliteit en trillingsvrij functioneren cruciaal zijn. Dankzij de brede expertise binnen Demcon zien we bovendien snel mogelijkheden voor nieuwe toepassingen in andere hightech domeinen.”

En wat als…

Maar wat als de Einstein Telescope straks niet in de Euregio wordt gebouwd? Albert van Dorssen is optimistisch. Nederland gaat samen met België en het Duitse Noordrijn-Westfalen tot nog toe voortvarend te werk. Maar zelfs als de installatie in Italië gebouwd gaat worden, dan zullen bepaalde technieken die in Nederland ontwikkeld zijn, daar worden toegepast.

“Nederlandse wetenschappers en ontwerpers, die nauw samenwerken met het bedrijfsleven, trekken intensief op met hun Italiaanse collega’s om de beste technologieën en oplossingen voor de Einstein Telescope te selecteren, ongeacht waar deze zijn ontwikkeld. Techniek die boven het maaiveld uitsteekt, gaat zeker een plek krijgen in de Einstein Telescope, ongeacht waar.”

Bovendien komen er naast de ondergrondse installatie nog drie bovengrondse testlaboratoria, zoals ETpathfinder in Maastricht, naast het ET-CRISTAL lab in Luik en het UHV.NRW lab in Aken. Deze blijven gedurende de hele levensduur van de telescoop, vijftig jaar, operationeel. Albert van Dorssen: “ETpathfinder gaan we daarom nog uitbreiden. Als ontwikkelplek voor hightech bedrijven blijft dit interessant.”

Bron: Precisiebeurs.nl

Dossiers

• 
  Machineverordening
• 
  (Not) Safe for Designers?
• 
  PCB-ontwerp en productie
• 
  Wim van der Hoek Award