CN209640508U - 一种用于穆斯堡尔谱的低温设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于穆斯堡尔谱的低温设备,属于低温高能物理实验装置技术领域。该实用新型采用二级4K和10K GM制冷机作为冷源，通过隔振台、柔性波纹管和合适的配重，极大消除了制冷机的振动传递给样品，不消耗液氦即可为穆斯堡尔谱实验提供4K和10K的低振动低温环境。本实用新型采用顶部装卸型设计，通过插拔样品杆可快速更换样品，提高测试效率。

Description

一种用于穆斯堡尔谱的低温设备

技术领域

本实用新型属于低温高能物理实验装置技术领域，具体说，是一种不消耗液氦即可为穆斯堡尔谱实验提供4K和10K的低振动低温环境的设备。

背景技术

穆斯堡尔效应是原子核无反冲γ光子的共振吸收现象。基于穆斯堡尔效应的穆斯堡尔谱具有极高的能量分辨率，可以研究原子核与周围环境的超精细相互作用，应用领域涉及物理学、化学、磁学、考古学、生物学、冶金学和环境学等。

由于原子核都处于一定的气体、液体或者固体的原子中，并随着周围的介质作热运动，由于热运动造成穆斯堡尔谱线的展宽称为多普勒热展宽，温度越高，热展宽越大。温度越低，晶格的振动越小，谱线的热展宽越小，提高γ发射无反冲分数，使得穆斯堡尔效应明显加强，便于观察到超精细谱线，故大多数穆斯堡尔谱实验都是在低温下开展的。

传统的用于穆斯堡尔谱实验的低温装置为液氦型，就是通过消耗液氦获得低温。但是液氦非常昂贵，使用费用特别高，而且我国是贫氦国家主要依赖进口，在国内很难保证液氦的供应。随着无液氦低温技术的发展，二级 GM制冷机技术非常成熟，无需消耗液氦即可获得4K和10K的低温，然而二级 GM制冷机的冷头有活塞等运动部件，冷头工作时会产生较大的振动。

穆斯堡尔谱实验需要放射源相对于样品作一定方式的运动来调制放射的γ光子的能量，所以穆斯堡尔谱实验对振动非常敏感，尽可能保证放射源与样品之间相对速度的准确性。如果不对二级 GM制冷机的冷头减振而直接给穆斯堡尔谱实验中的样品降温，会造成测试结果不准确甚至无法进行测试。

因此，需要对现有技术进行改进，以解决现有技术存在的不足。

实用新型内容

本实用新型提供了一种用于穆斯堡尔谱的低温设备，消除了常见GM制冷机作为用于穆斯堡尔谱设备冷源所带来的较大振动对测试结果的影响。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种用于穆斯堡尔谱低温设备，包括：制冷机冷头、制冷机支架、真空罩、隔振台、冷屏、样品管、样品杆和控温块。

优选地，所述制冷机冷头为二级4K和10K GM制冷机冷头，含一级冷台和二级冷台，所述一级冷台上安装所述冷屏，所述二级冷台上安装有所述二级冷台转接，所述二级冷台转接的材质为无氧铜，所述样品管下段底端固定在所述二级冷台转接上，所述样品管通过所述二级冷台降温。

优选地，所述制冷机冷头固定在所述制冷机支架上，所述制冷机支架固定在地面上，所述制冷机支架上安装配重块a，所述配重块a用于消除当样品管内为负压时，由于所述柔性波纹管的收缩导致所述制冷机冷头被拉离地面，对样品管产生较大振动。

优选地，所述样品杆从所述样品管顶部插入所述样品管内，通过卡箍和样品管顶法兰与样品管密封在一起，所述样品杆上部安装有电学真空接头b，用于连接外部设备，所述样品杆上安装防热辐射挡板，用于减小来自所述样品管顶部的热辐射并限制所述样品管内氦气的上下对流，使得样品获得尽可能低的温度，所述样品杆下部安装有样品托用于安装样品。

优选地，所述样品管分为上中下三段，上段主体为柔性波纹管，两端带法兰，材质为不锈钢，中段为不锈钢管或镍管，下段为无氧铜管或铝管，所述样品管下段底端焊接在所述二级冷台转接上，所述二级冷台转接固定在所述二级冷台上，所述样品管下段上安装透射γ射线冷窗，所述冷窗的材质为Mylar膜或铍薄片，所述样品管下段和所述样品管中段焊接或铟封成一个贯通的管路，所述样品管上段主体为柔性波纹管，其上安装有三通管路，所述柔性波纹管通过所述安装法兰固定在所述隔振台上，所述样品管上段与所述样品管中段通过法兰连接。

优选地，所述冷屏由粗细不同无氧铜管或铝管构成，所述冷屏上下两部分焊接在一起，所述冷屏下部固定所述一级冷台上，上部焊接在所述样品管中段外壁上。

优选地，所述真空罩由粗细不同的不锈钢管或铝管构成，所述真空罩下部管的内径大于所述真空罩上部管的内径，所述真空罩上下两部分焊接在一起，所述真空罩下部固定在所述制冷机冷头上，上部焊接在所述样品管中段顶端外壁上，所述真空罩下部安装有抽真空阀、电学真空接头a和安全阀，所述真空罩上部安装透射γ射线窗口，所述窗口材质为铍薄片、Kapton膜和Mylar膜。

优选地，所述隔振台由上下两部分构成，所述隔振台上部支架上安装有配重块c，所述隔振台下部支架上安装有配重块b, 所述隔振台底部安装充气脚垫，所述充气脚垫的个数为四个,所述隔振台通过所述配重块b、所述配重块c、所述充气脚垫和所述柔性波纹管共同结合，用以消除所述制冷机工作时传递给样品的振动。

优选地，所述控温块包括安装在所述样品托上的控温块a和安装在所述二级冷台上的控温块b，所述控温块均由温度计和加热器组成，用以对样品进行变温和控温。

优选地，所述配重块a的重量为15kg-25kg，所述配重块b的重量为200kg-300kg，所述配重块c的重量在50kg-100kg。

本实用新型通过隔振台、柔性波纹管和合适重量的配重块结合，极大消除了二级GM制冷机传递给样品的振动，不需要消耗液氦即可为穆斯堡尔谱实验提供4K和10K的低振动低温环境。此外，本实用新型采用顶部装卸型设计，通过插拔样品杆可快速更换样品，提高测试效率。

附图说明

图1 穆斯堡尔谱低温设备正视图；

图2 穆斯堡尔谱低温设备侧视图；

图3穆斯堡尔谱低温设备剖视图；

其中，1.制冷机冷头 2. 制冷机支架 3.配重块a 4.电学真空接头a 5. 隔振台6.配重块b 7.窗口 8.柔性波纹管 9.配重块c 10.样品杆 11.电学真空接头b 12.真空罩13.充气脚垫14.抽真空阀 15.一级冷台 16.二级冷台 17.样品托 18.控温块a 19.防热辐射挡板 20.三通管路 21.样品管下段 22.冷屏 23.安装法兰 24.卡箍 25.控温块b 26.冷窗 27.顶法兰 28.安全阀 29.二级冷台转接 30.样品管中段。

具体实施方式

现将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1 用于穆斯堡尔谱低温设备正视图，图2 用于穆斯堡尔谱低温设备侧视图，图3用于穆斯堡尔谱低温设备剖视图。

如图1和图2所示，所述制冷机冷头（1）固定在所述制冷机支架（2）上，所述制冷机支架（2）固定在地面上，所述制冷机支架（2）上安装所述配重块a（3），所述配重块a（3）用于消除当所述样品管（21）内为负压时，由于所述柔性波纹管（8）的收缩导致所述制冷机冷头（1）被拉离地面，对所述样品管（21）产生的较大振动。所述真空罩（12）由粗细不同的不锈钢管或铝管构成，所述真空罩（12）下部管的内径大于所述真空罩（12）上部管的内径，所述真空罩（12）上下两部分焊接在一起，所述真空罩（12）下部固定在所述制冷机冷头上，上部焊接在所述样品管中段（30）顶端外壁上，所述真空罩（12）下部安装有抽真空阀（14）、电学真空接头a（4）和安全阀（28），所述真空罩（12）上部安装透射γ射线窗口（7），所述窗口（7）材质为铍薄片、Kapton膜和Mylar膜。所述隔振台（5）由上下两部分构成，所述隔振台（5）上部支架上安装有配重块c（9），所述隔振台（5）下部支架上安装有配重块b（6）, 所述隔振台（5）底部安装充气脚垫（13），所述充气脚垫（13）的个数为四个。所述隔振台（5）、所述配重块b（6）、所述配重块c（9）、所述充气脚垫（13）和所述柔性波纹管（8）结合，用以消除所述制冷机工作时传递给样品的振动。

如图3所示，所述制冷机冷头（1）为二级4K和10K GM制冷机冷头，含所述一级冷台（15）和所述二级冷台（16），所述一级冷台（15）上安装所述冷屏（22），所述二级冷台（16）上安装有二级冷台转接（29），所述样品管下段（21）底端固定在所述二级冷台转接（29）上，所述样品管通过所述二级冷台（16）降温。

所述冷屏（22）由粗细不同无氧铜管或铝管构成，所述冷屏上下两部分焊接在一起，所述冷屏（22）下部固定所述一级冷台（15）上，上部焊接在所述样品管中段（30）外壁上。所述样品管分为上中下三段，上段主体为柔性波纹管（8），两端带法兰，材质为不锈钢，中段（30）为不锈钢管或镍管，下段（21）为无氧铜管或铝管，所述样品管下段（21）底端焊接在所述二级冷台转接（29）上，所述二级冷台转接（29）固定在所述二级冷台（16）上，所述样品管下段（21）上安装透射γ射线冷窗（26），所述冷窗（26）的材质为Mylar膜或铍薄片，所述样品管下段（21）和所述样品管中段（30）焊接或铟封成一个贯通的管路，所述样品管上段主体为柔性波纹管（8），其上安装有三通管路（20），所述柔性波纹管（8）通过所述安装法兰（23）固定在所述隔振台（5）上，所述样品管上段与所述样品管中段（30）通过法兰连接。

所述样品杆（10）从所述样品管顶部插入所述样品管内，通过卡箍（24）和样品管顶法兰（27）与样品管密封在一起，所述样品杆（10）上部安装有电学真空接头b（11），用于连接外部设备，所述样品杆（10）上安装所述防热辐射挡板（19），用于减小来自所述样品管顶部的热辐射并限制所述样品管（21）内氦气的上下对流，使得样品获得尽可能低的温度，所述样品杆（10）下部安装有所述样品托（17）用于安装样品。所述控温块包括安装在所述样品托（17）上的控温块a（18）和安装在所述二级冷台上（16）的控温块b（25），所述控温块均由温度计和加热器组成，用以对样品进行变温和控温。

本系统采用顶部装载设计，更换样品时无需关掉制冷机，通过插拔样品杆(10)即可实现快速更换样品，从而提高了测试效率。所述低温设备通过控温块b(25)和控温块a（18）同时对样品管（20）和样品托（17）进行控温，从而实现对样品快速精确的变温和控温。

所述系统工作时，首先用分子泵通过所述抽真空阀（14）和所述三通管路（20）对所述系统进行抽真空，利用压力表对所述系统的真空度进行监测，当所述样品管完全处于真空状态时，通过所述三通管路（20）向所述样品管内导入氦气，然后开启所述制冷机开始对所述系统进行降温，同时利用连接在系统外部的控温仪对所述系统的温度进行监控，当温度达到穆斯堡尔谱仪测试所需的温度时，利用外部连接的所述控温仪对所述系统进行控温，然后利用所述穆斯堡尔谱仪对样品进行测试。

虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种用于穆斯堡尔谱的低温设备，包括：制冷机冷头、制冷机支架、真空罩、隔振台、冷屏、样品管、样品杆和控温块；

所述制冷机冷头固定在所述制冷机支架上，所述制冷机支架固定在地面上，所述制冷机支架上安装配重块a；

所述真空罩下部固定在所述制冷机冷头上；

所述隔振台上部支架上安装有配重块c，所述隔振台下部支架上安装有配重块b,所述隔振台底部安装充气脚垫；

所述制冷机冷头含一级冷台和二级冷台，所述一级冷台上安装所述冷屏，所述二级冷台上安装有二级冷台转接，所述样品管下段底端固定在所述二级冷台转接上；

所述样品杆从所述样品管顶部插入所述样品管内，通过卡箍和样品管顶法兰与样品管密封在一起；

所述样品杆下部安装有样品托用于安装样品；

所述控温块包括安装在所述样品托上的控温块a和安装在所述二级冷台上的控温块b，用以对样品进行变温和控温。

2.根据权利要求1所述的用于穆斯堡尔谱的低温设备，其特征在于，所述制冷机冷头为二级4K和10K GM制冷机冷头，所述二级冷台转接的材质为无氧铜，所述样品管通过所述二级冷台降温。

3.根据权利要求1所述的用于穆斯堡尔谱的低温设备，其特征在于，所述样品杆上部安装有电学真空接头b，所述样品杆上安装防热辐射挡板。

4.根据权利要求1所述的用于穆斯堡尔谱的低温设备，其特征在于，所述样品管分为上中下三段，上段主体为柔性波纹管，两端带法兰，材质为不锈钢，中段为不锈钢管或镍管，下段为无氧铜管或铝管，所述样品管下段底端焊接在所述二级冷台转接上，所述二级冷台转接固定在所述二级冷台上，所述样品管下段上安装透射γ射线冷窗，所述冷窗的材质为Mylar膜或铍薄片，所述样品管下段和所述样品管中段焊接或铟封成一个贯通的管路，所述样品管上段主体为柔性波纹管，其上安装有三通管路，所述柔性波纹管通过安装法兰固定在所述隔振台上，所述样品管上段与所述样品管中段通过法兰连接。

5.根据权利要求1所述的用于穆斯堡尔谱的低温设备，其特征在于，所述冷屏由粗细不同的无氧铜管或铝管构成，所述冷屏上下两部分焊接在一起，所述冷屏下部固定在所述一级冷台上，上部焊接在所述样品管中段外壁上。

6.根据权利要求1所述的用于穆斯堡尔谱的低温设备，其特征在于，所述真空罩由粗细不同的不锈钢管或铝管构成，所述真空罩下部管的内径大于所述真空罩上部管的内径，所述真空罩上下两部分焊接在一起，所述真空罩上部焊接在所述样品管中段顶端外壁上，所述真空罩下部安装有抽真空阀、电学真空接头a和安全阀，所述真空罩上部安装透射γ射线窗口，所述窗口材质为铍薄片、Kapton膜和Mylar膜。

7.根据权利要求1所述的用于穆斯堡尔谱的低温设备，其特征在于，所述隔振台由上下两部分构成，所述充气脚垫的个数为四个。

8.根据权利要求1所述的用于穆斯堡尔谱的低温设备，其特征在于，所述控温块均由温度计和加热器组成。

9.根据权利要求1所述的用于穆斯堡尔谱的低温设备，其特征在于，所述配重块a的重量为15kg-25kg，所述配重块b的重量为200kg-300kg，所述配重块c的重量在50kg-100kg。