Vloeibaar helium is jarig
Precies 111 jaar geleden maakte Heike Kamerlingh Onnes helium vloeibaar, een Nobelprijswinnend huzarenstukje, waarvoor een ongekend groot laboratorium nodig was. Inmiddels is ultrakoud helium een basisbehoefte voor natuurkundeonderzoek, in het laboratorium van Wolfgang Löffler op commando beschikbaar dankzij een soort koffie-automaat.
Het koudste plekje op aarde
Zwoegen was het in 1908. Jarenlang had natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes gestaag gebouwd aan ‘het koudste plekje op aarde’. In het Natuurkundig Laboratorium, het huidige Kamerlingh Onnes-gebouw aan de Steenschuur, verrezen complexe bouwsels van buizen, thermometers, druk- en koelvaten, glaswerk, kranen en pompen.
Het was een van de eerste Big Science-projecten, ver voor deeltjesversnellers, maanlanding, of zwaartekrachtgolvendetectoren. En op die tiende juli, 111 jaar geleden, om half acht ’s avonds, leverde dat resultaat op: voor het eerst werd helium vloeibaar, bij een temperatuur van -269 graden Celsius.
Halvium
Eén theekopje vloeibaar helium was de opbrengst van het harde werken, met hulp van zijn vrouw, die hem boterhammen voerde, en van technici als de legendarisch bekwame Gerrit Jan Flim. ‘Toen het oppervlak eenmaal gezien was, werd het niet meer uit het oog verloren. Het stond messcherp tegen de wand’, schreef Onnes beeldend in zijn verslag.
Een paar maanden eerder nog, schrijft Dirk van Delft in zijn biografie, stond Kamerlingh Onnes nog voor aap toen hij een wit, vlokkig wolkje waterstof in zijn opstelling aanzag voor helium. De wereldpers schreef over de primeur, een mooie overwinning op Onnes’ concurrent James Dewar in Londen. Alleen bleken de vlokken bij nader inzien waterstof te zijn, zodat Onnes zijn claim moest inslikken. ‘Halvium’, grapten zijn studenten, schrijft Van Delft, ‘een grap die Onnes maar matig kon waarderen.’
Koffiezetautomaat
Maar nu was het succes onmiskenbaar. Drie jaar later ontdekte Kamerlingh Onnes supergeleiding, een verschijnsel dat natuurkundigen sindsdien bezighoudt, en in 1913 won hij de Nobelprijs. Het Leidse vloeibaar helium-monopolie duurde tot 1923.
Hoe anders is dat nu: wie een vloeibaar helium wil, bestelt gewoon een Montana Cryostation® voor de prijs van een luxe zakenauto. De Cryostation heeft het formaat van een tafel-koffiezetautomaat, en wordt geleverd met een sample-houder voor metingen, zodat trillingen van de pompen de metingen niet verstoren. ‘We kregen hem op dinsdag, donderdag deed hij het’, zegt Henk Snijders, postdoc-onderzoeker in het laboratorium van Wolfgang Löffler, in het Huygens-laboratorium
Basisbehoefte
Het is een cryokoeler, legt Snijders uit, waarin gasvormig helium circuleert, goed voor afkoeling naar een temperatuur van 271 tot 272 graden onder nul, ofwel 2 tot 3 Kelvin. Snijders gebruikt hem om quantum dots te onderzoeken, halfgeleiderstructuren op nanometer-schaal. ‘Strikt genomen hoeft het helium hierin niet vloeibaar te worden’, zegt Snijders, ‘al zullen zich hierbinnen ook wel eens druppels vormen.’
In 111 jaar is vloeibaar helium uitgegroeid van Nobelprijswinnende primeur tot simpele basisbehoefte van natuurkundelaboratoria. Nog altijd heeft de Leidse universiteit een Cryogene afdeling, waar vloeibaar helium per liter verkrijgbaar is. Snijders: ‘Maar een voordeel van deze koeler is dat het een gesloten systeem is, dus het helium verdwijnt niet. En je hoeft dus ook niet naar beneden om vaten op te halen.’