DE102022110585B4

DE102022110585B4 - Tragstruktur für ein kryogenes system und kryogenes system

Info

Publication number: DE102022110585B4
Application number: DE102022110585.7A
Authority: DE
Inventors: Jan Spallek; Felix Rucker
Original assignee: Kiutra GmbH
Current assignee: Kiutra De GmbH
Priority date: 2022-04-29
Filing date: 2022-04-29
Publication date: 2023-11-30
Anticipated expiration: 2042-04-30
Also published as: CN116972273A; US20230349624A1; DE102022110585A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Tragstruktur für ein kryogenes System, umfassend ein erstes Kompartment, ein zweites Kompartment und ein drittes Kompartment, wobei das erste Kompartment, das zweite Kompartment und das dritte Kompartment in dieser Reihenfolge vertikal gestapelt sind, wobei das erste Kompartment für eine Aufnahme eines Kryostaten konfiguriert ist, wobei das zweite Kompartment so konfiguriert ist, dass es Zugang zu einem oberen Teil des Kryostaten ermöglicht, um Messungen und/oder Tests an einem Objekt im Inneren des Kryostaten durchzuführen, und wobei das dritte Kompartment für eine Aufnahme einer Elektronik zur Steuerung zumindest des Kryostaten konfiguriert ist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Tragstruktur für ein kryogenes System und ein kryogenes System mit dieser Tragstruktur. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein mobiles kryogenes System für vibrationsarme optische Messungen bei kryogenen Temperaturen.
HINTERGRUND
Ein Kryostat wird im Allgemeinen verwendet, um tiefe Temperaturen für im Kryostat gelagerte Proben aufrechtzuerhalten. Tiefe Temperaturen können z.B. durch die Verwendung eines kryogenen Flüssigkeitsbades, wie flüssigem Helium, erreicht werden. Das Kühlmedium, z.B. flüssiges Helium, verdampft jedoch kontinuierlich aufgrund einer externen und/oder internen Wärmezufuhr in den Kryostaten und muss daher regelmäßig nachgefüllt werden. Dies erfordert einen erheblichen Zeit- und Ressourcenaufwand, wodurch die Betriebskosten solcher Kryostate hoch sind.
Um die oben genannten Nachteile zu überwinden, wurden kryogenfreie Kryostate entwickelt. Bei kryogenfreien Kryostaten kann ein kryogenfreies System mit geschlossenem Kreislauf eingesetzt werden, wie z.B. ein Pulsröhrenkühler. Moderne Pulsröhrenkühler können Temperaturen von bis zu 1,2 Kelvin erreichen. Um Temperaturen unter 1 Kelvin zu erreichen, kann zusätzlich zum kryogenfreien System mit geschlossenem Kreislauf eine magnetische Kühlstufe verwendet werden. Bei der magnetischen Kühlstufe kann es sich um einen adiabatischen Entmagnetisierungskühler (ADR) handeln, mit dem Temperaturen bis zu einigen Milli-Kelvin erreicht werden können. ADR basiert auf dem magnetokalorischen Effekt. Wenn ein Medium magnetisiert wird, richten sich seine magnetischen Momente aus und Magnetisierungswärme wird freigesetzt. Umgekehrt sinkt die Temperatur, wenn das Medium entmagnetisiert wird.
Mit Kryostaten können Experimente an Objekten, wie wissenschaftlichen Materialien und Elektronik, bei tiefen Temperaturen durchgeführt werden. Viele Experimente, wie z.B. optische Experimente, erfordern geringe Vibrationen während der Messungen. Teile des Kryostaten wie Pumpen und Pulsröhrenkühler erzeugen jedoch im Allgemeinen solche unerwünschten Vibrationen. Darüber hinaus benötigen herkömmliche Kryostaten eine große Stellfläche und nehmen daher wertvollen Platz in Fabriken und Labors ein.
In Anbetracht der obigen Ausführungen sind neue Tragstrukturen für ein kryogenes System und kryogene Systeme mit einer solchen Tragstruktur, die zumindest einige der Probleme des Standes der Technik überwinden, von Vorteil.
Die DE 203 18 094 U1 betrifft einen Kryostat mit einem verschließbaren Gehäuse, das eine kühlbare Kryostatkammer umschließt, wobei zur Kühlung der Kryostatkammer eine Kälteeinrichtung, eine Steuerung und eine Stromversorgung vorgesehen sind und zum Schneiden von gefrorenen Proben in der Kryostatkammer ein Mikrotom angeordnet ist.
Die DE 88 12 708 U1 offenbart einen Geräteschrank, der freitragend ohne Rahmen ausgebildet ist. Innerhalb des Geräteschranks ist ein Aggregatträger angeordnet, an dem ein Kühlaggregat eingehängt ist.
Die US 2011/0229928 A1 offenbart eine Kühl-/Heizvorrichtung und eine Kryokammer für eine mikrowellengestützte Kryoprobenverarbeitung. Die Kühl-/Heizvorrichtung weist einen Tisch auf. Ein Flüssigstickstoffanschluss kann sich auf dem Tisch befinden und ist mit einem Flüssigstickstoffbehälter verbindbar, der sich auf einem fahrbaren Gestell befindet.
Die DE 10 2009 061 068 A1 betrifft ein Gefriermikrotom zur Herstellung mikroskopierbarer Dünnschnitte von Gewebeproben, mit einer Kühleinrichtung zum Einfrieren der Gewebeproben, einer Schneidevorrichtung zum Schneiden der eingefrorenen Gewebeproben und einer Arbeitskammer, in der die Schneidevorrichtung und zumindest ein Teil der Kühleinrichtung untergebracht sind.
Die US 2005/0126187 A1 offenbart ein kryogenes Kühlgerät. Ein Kaltkopf ist an einem separat von einem Kryostaten vorgesehenen Stütztisch befestigt, so dass der Stütztisch die Last des Kaltkopfes trägt.
Die DE 10 2014 015 665 A1 betrifft einen kühlbaren optischen Tisch mit einer Tischplatte und mindestens drei Tischbeinen. In einer Tischoberfläche der Tischplatte sind Befestigungsmittel zur Befestigung von Objekten wie optischen Elementen vorgesehen. Die Tischbeine sind mit einer Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Vibrationen ausgestattet.
Die US 10 209 242 B2 offenbart ein Fluoreszenz-Histo-Tomographie (FHT)-System. Das FHT-System umfasst ein Gehäuse, eine Fluoreszenzkamera, die sich in dem Gehäuse befindet, eine Weißlichtkamera, die sich in dem Gehäuse befindet, und eine Fluoreszenzlichtquelle, die sich in dem Gehäuse befindet.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Tragstruktur für ein kryogenes System und ein kryogenes System mit einer solchen Tragstruktur anzugeben, die Vibrationen während des Betriebs des kryogenen Systems, insbesondere während Messungen an Objekten, reduzieren können. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Tragstruktur für ein kryogenes System und ein kryogenes System mit einer solchen Tragstruktur anzugeben, die einen Platzbedarf des kryogenen Systems verringern und/oder eine flexible Verwendung des kryogenen Systems ermöglichen können.
Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
Gemäß einem unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Tragstruktur für ein kryogenes System angegeben. Die Tragstruktur umfasst ein erstes Kompartment, ein zweites Kompartment und ein drittes Kompartment. Das erste Kompartment ist für eine Aufnahme eines Kryostaten konfiguriert. Das zweite Kompartment ist so konfiguriert, dass es einen Zugang zu einem oberen Teil des Kryostaten bereitstellt, um Messungen und/oder Tests an einem Objekt im Inneren des Kryostaten durchzuführen (oder es auszutauschen). Das dritte Kompartment ist für eine Aufnahme einer Elektronik zur Steuerung zumindest des Kryostaten konfiguriert.
Das erste Kompartment kann als Kryo- oder Kryostatkompartment bezeichnet werden. Zusätzlich oder alternativ kann das zweite Kompartment als Mess- und/oder Testkompartment bezeichnet werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das dritte Kompartment als Steuerkompartment bezeichnet werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist das Objekt im Inneren des Kryostaten eine Probe. Die Begriffe „Objekt“ und „Probe“, wie sie in der vorliegenden Offenlegung verwendet werden, umfassen unter anderem wissenschaftliche Materialien, Elektronik (z.B. supraleitende Elektronik), aktive Geräte, passive Geräte, Prozessoreinheiten und Kombinationen davon.
Vorzugsweise ist das Objekt an eine Kaltstufe des Kryostaten angeschlossen. Der Kryostat kann so konfiguriert sein, dass er das Objekt auf eine Temperatur im Bereich zwischen 5 mK und 300 K, insbesondere im Bereich zwischen 5 mK und 250 K, insbesondere im Bereich zwischen 5 mK und 200 K, insbesondere im Bereich zwischen 5 mK und 150 K, insbesondere im Bereich zwischen 5 mK und 100 K und insbesondere im Bereich zwischen 5 mK und etwa 70 K abkühlt. In einigen Ausführungsformen können, selbst wenn es sich bei dem System um einen Kryostaten handelt, Temperaturen bis zur Raumtemperatur bereitgestellt werden, um Messungen und/oder Tests an Objekten durchzuführen.
Das erste Kompartment, das zweite Kompartment und das dritte Kompartment sind in dieser Reihenfolge vertikal gestapelt.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist die Tragstruktur eine mobile Tragstruktur. Mit anderen Worten, die Tragstruktur ist beweglich und nicht unbeweglich in einer Fabrik oder einem Labor installiert.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst die Tragstruktur weiter eine Vielzahl von Rädern, die an einer Unterseite des ersten Kompartments angeordnet sind.
Die Tragstruktur umfasst weiter Tragmittel z.B. im ersten Kompartment. Die Tragmittel sind so konfiguriert, dass sie den Kryostaten stützen bzw. tragen.
Die Tragstruktur umfasst weiter ein oder mehrere flexible Elemente, die zwischen den Tragmitteln und dem Kryostaten anordenbar sind.
Vorzugsweise umfassen das eine oder die mehreren flexiblen Elemente Gummi oder bestehen aus Gummi. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und das eine oder die mehreren flexiblen Elemente können ein anderes flexibles Material umfassen oder daraus bestehen.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, wird der Kryostat nur durch die Tragmittel mit dem einen oder den mehreren flexiblen Elementen dazwischen und ohne eine starre Verbindung zwischen der Tragstruktur und dem Kryostaten gestützt. Mit anderen Worten, es gibt keine weitere Verbindung zwischen der Tragstruktur und dem Kryostaten, so dass der Kryostat von einer schwimmenden Halterung gehalten wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist das zweite Kompartment so konfiguriert, dass sich der obere Teil des Kryostaten zumindest teilweise in das zweite Kompartment erstreckt. Insbesondere kann sich der obere Teil des Kryostaten vom ersten Kompartment in das zweite Kompartment erstrecken, so dass sich zumindest ein Teil des oberen Teils im Inneren des zweiten Kompartments befindet.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst die Tragstruktur weiter eine Hilfsstruktur zur Durchführung von Messungen und/oder Tests an dem Objekt im Kryostaten. Die Hilfsstruktur kann Befestigungsstrukturen für die Montage von Geräten und dergleichen aufweisen.
Vorzugsweise befindet sich die Hilfsstruktur teilweise oder vollständig innerhalb des zweiten Kompartments.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst die Tragstruktur weiter Dämpfungsmittel zwischen der Tragstruktur und der Hilfsstruktur, um eine Schwingungsentkopplung zwischen der Tragstruktur und der Hilfsstruktur bereitzustellen.
Vorzugsweise wird die Hilfsstruktur nur von den Dämpfungsmitteln gestützt, ohne dass eine starre Verbindung zwischen der Tragstruktur und der Hilfsstruktur besteht. Mit anderen Worten, es kann keine weitere Verbindung zwischen der Tragstruktur und der Hilfsstruktur vorhanden sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, sind die Dämpfungsmittel aus der Gruppe ausgewählt, die Luftdämpfer, Gummidämpfer, aktive elektrische Dämpfer, passive mechanische Dämpfer, aktive mechanische Dämpfer und Kombinationen davon umfasst, oder die daraus besteht.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, erstreckt sich die Hilfsstruktur über den oberen Teil des Kryostaten. Anders gesagt kann der obere Teil des Kryostaten unterhalb der Hilfsstruktur angeordnet sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst die Hilfsstruktur wenigstens einen optisch transparenten Bereich.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine optisch transparente Bereich ein Loch in der Hilfsstruktur oder ein optisches Fenster, wie z.B. ein Glasfenster. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine optisch transparente Bereich ein Loch in der Hilfsstruktur.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist die Hilfsstruktur konfiguriert, um einen Zugang zu wenigstens einem optischen Fenster an einer Oberseite und/oder wenigstens einer Seite des oberen Teils des Kryostaten bereitzustellen. Zum Beispiel ermöglicht der wenigstens eine optisch transparente Bereich der Hilfsstruktur, wie das Loch, den Zugang zum oberen Teil des Kryostaten.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist die Hilfsstruktur mit einem flexiblen Element des oberen Teils des Kryostaten verbunden, um eine Schwingungsentkopplung zumindest zwischen der Hilfsstruktur und dem Kryostaten bereitzustellen. Bei dem flexiblen Element kann es sich beispielsweise um einen Faltenbalg handeln, wie einen Gummifaltenbalg.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist die zweite Kompartment für die Durchführung optischer Messungen und/oder Tests an dem Objekt im Kryostaten konfiguriert.
Vorzugsweise werden für die optischen Messungen und/oder Tests optische Strahlen, wie z.B. Laserstrahlen, verwendet.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist das zweite Kompartment so konfiguriert, dass es einen optischen Zugang zu einer Oberseite und/oder wenigstens einer Seite des oberen Teils des Kryostaten bereitstellt.
Vorzugsweise ist das zweite Kompartment so konfiguriert ist, dass es einen direkten optischen Strahlenzugang zu der Oberseite und/oder der wenigstens einen Seite des oberen Teils des Kryostaten bereitstellt.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist das zweite Kompartment so konfiguriert, dass es einen optischen Zugang zu wenigstens einer Seite des oberen Teils des Kryostaten für einen optischen Tisch ermöglicht, der horizontal neben der Tragstruktur angeordnet ist. Dementsprechend umfasst die Tragstruktur keinen optischen Tisch oder trägt einen solchen.
Vorzugsweise ist das zweite Kompartment so konfiguriert, dass es den optischen Zugang für den optischen Tisch bereitstellt, der sich im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie das zweite Kompartment befindet.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist das zweite Kompartment so konfiguriert, dass es Zugang zum Inneren des Kryostaten über den oberen Teil desselben zum Einsetzen und/oder Entnehmen des Objekts bereitstellt. Zum Beispiel kann der obere Teil eine Ladeschleuse umfassen oder mit einer Ladeschleuse verbunden werden, die zum Laden des Objekts in den Kryostaten konfiguriert ist. In einigen Ausführungsformen kann die Ladeschleuse über das zweite Kompartment zugänglich sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst die Tragstruktur weiter eine Vielzahl von Rahmenelementen, die das erste Kompartment, das zweite Kompartment und das dritte Kompartment definieren.
Vorzugsweise umfasst die Tragstruktur weiter eine oder mehrere Wände und/oder eine oder mehrere Türen, die an der Vielzahl von Rahmenelementen montiert sind. Die eine oder die mehreren Wände und/oder die eine oder die mehreren Türen können den Innenraum der Tragstruktur zumindest teilweise umschließen.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist die Tragstruktur ein Gestell bzw. ein Rack.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist die Tragstruktur ein 19"-Rack.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein kryogenes System angegeben. Das kryogene System umfasst die Tragstruktur der vorliegenden Offenbarung und den Kryostaten im ersten Kompartment der Tragstruktur.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst der obere Teil des Kryostaten wenigstens eine Kaltstufe, die thermisch mit dem Objekt verbunden werden kann.
Die Kaltstufe kann so konfiguriert sein, dass das Objekt auf eine Temperatur im Bereich zwischen 5 mK und 300 K, insbesondere im Bereich zwischen 5 mK und 250 K, insbesondere im Bereich zwischen 5 mK und 200 K, insbesondere im Bereich zwischen 5 mK und 150 K, insbesondere im Bereich zwischen 5 mK und 100 K und insbesondere im Bereich zwischen 5 mK und etwa 70 K gekühlt werden kann. In einigen Ausführungsformen können, auch wenn es sich bei dem System um einen Kryostaten handelt, Temperaturen bis zur Raumtemperatur bereitgestellt werden, um Messungen und/oder Tests an Objekten durchzuführen.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst der obere Teil des Kryostaten eine Magnetvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Magnetfeld an das Objekt anlegt.
Vorzugsweise umfasst die Magnetvorrichtung wenigstens einen supraleitenden Magneten und/oder wenigstens einen (konventionellen oder resistiven) Elektromagneten und/oder wenigstens einen Permanentmagneten.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst das kryogene System weiter einen Mess- und/oder Testaufbau im zweiten Kompartment zur Durchführung von Messungen und/oder Tests an dem Objekt im Inneren des Kryostaten.
Vorzugsweise ist der Mess- und/oder Testaufbau ein optischer Messaufbau.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst das kryogene System weiter die Elektronik im dritten Kompartment.
Vorzugsweise umfasst die Elektronik eine Steuerelektronik zur Steuerung des Kryostaten und eine Mess- und/oder Testelektronik zur Durchführung der Messungen und/oder Tests an dem Objekt im Inneren des Kryostaten.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst das kryogene System weiter eine Verdrahtung, die sich von der Elektronik zum Kryostat und/oder zum zweiten Kompartment erstreckt.
Vorzugsweise umfasst die Verdrahtung eine Steuerverdrahtung zur Steuerung des Kryostaten und/oder der Mess- und/oder Testaufbaus. Zusätzlich oder alternativ kann die Verdrahtung eine Mess- und/oder Prüfverdrahtung für Mess- und/oder Testsignale umfassen.
Vorzugsweise umfasst die Verdrahtung eine DC-Verdrahtung und/oder eine RF-Verdrahtung.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, umfasst das kryogene System weiter wenigstens eine Betriebsvorrichtung, die für einen Betrieb des Kryostaten konfiguriert ist, wobei sich die wenigstens eine Betriebsvorrichtung im ersten Kompartment und/oder dem dritten Kompartment befindet.
Vorzugsweise umfasst die wenigstens eine Betriebsvorrichtung einen Kompressor, insbesondere einen Helium-Kompressor, oder ist ein solcher.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist das kryogene System für einen automatischen Betrieb konfiguriert. Insbesondere können Messungen und/oder Tests vollautomatisch durch das kryogene System durchgeführt werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist der Kryostat ein adiabatischer Entmagnetisierungskühler.
Vorzugsweise ist der Kryostat ein mehrstufiger adiabatischer Entmagnetisierungskühler.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein detailliertes Verständnis der oben genannten Merkmale der vorliegenden Offenbarung wird eine genauere Beschreibung, die oben kurz zusammengefasst wurde, durch Bezugnahme auf die Ausführungsformen gegeben. Die beigefügten Zeichnungen beziehen sich auf Ausführungsformen der Offenbarung und werden im Folgenden beschrieben:

1A zeigt eine Frontansicht eines kryogenen Systems gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen;
1B zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragstruktur für ein kryogenes System gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen;
2 zeigt ein erstes Kompartment und ein zweites Kompartment einer Tragstruktur für ein kryogenes System gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen;
3A zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Kompartments einer Tragstruktur für ein kryogenes System gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen;
3B zeigt eine weitere perspektivische Ansicht eines zweiten Kompartments einer Tragstruktur für ein kryogenes System gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen; und
4 zeigt ein kryogenes System gemäß weiteren hier beschriebenen Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun im Detail auf die verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt sind. In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen beziehen sich die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Komponenten. Im Allgemeinen werden nur die Unterschiede zu den einzelnen Ausführungsformen beschrieben. Jedes Beispiel dient der Erläuterung der Offenbarung und ist nicht als Einschränkung der Offenbarung zu verstehen. Weiter können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung solche Modifikationen und Variationen umfasst.
1A zeigt eine Vorderansicht eines kryogenen Systems 1000 gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen. 1B zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragstruktur 100 des kryogenen Systems 1000 gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen.
Die Tragstruktur 100 umfasst ein erstes Kompartment 110, ein zweites Kompartment 120 und ein drittes Kompartment 130. Das erste Kompartment 110 ist für eine Aufnahme eines Kryostaten 10 konfiguriert. Dementsprechend kann das erste Kompartment 110 als Kryo- oder Kryostatkompartment bezeichnet werden. Das zweite Kompartment 120 ist so konfiguriert, dass es Zugang zu einem oberen Teil 12 des Kryostaten 10 bietet, um Messungen an einem Objekt im Inneren des Kryostaten 10 durchzuführen. Dementsprechend kann das zweite Kompartment 120 auch als Mess- und/oder Testkompartment bezeichnet werden. Das dritte Kompartment 130 ist für eine Aufnahme einer Elektronik 30 zur Steuerung zumindest des Kryostaten 10 konfiguriert. Dementsprechend kann das dritte Kompartment 130 als Elektronik- oder Steuerkompartment bezeichnet werden.
Das kryogene System 1000 kann so konfiguriert sein, dass es automatisch Messungen und/oder Tests an dem Objekt im Kryostat 10 durchführt. In einigen Ausführungsformen kann der Kryostat 10 ein adiabatischer Entmagnetisierungskühler sein, wie z.B. ein mehrstufiger adiabatischer Entmagnetisierungskühler.
Der Kryostat 10 kann den oberen Teil 12 und eine Vakuumkammer 14 umfassen. Die Vakuumkammer 14 weist einen Innenraum auf, der so konfiguriert ist, dass er ein Vakuum halten kann. Die Vakuumkammer 14 dichtet den Innenraum nach außen hin im Wesentlichen gasdicht, vakuumdicht, wärmeundurchlässig und/oder strahlungsundurchlässig ab. Optional kann die Vakuumkammer 14 den Innenraum nach außen hin elektrisch isolieren.
Unter einem Vakuum wird im Allgemeinen ein Raum verstanden, der im Wesentlichen frei von Materie ist. Der Begriff „Vakuum“, wie er in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, ist insbesondere als technisches Vakuum zu verstehen, d.h. als ein Bereich mit einem Gasdruck, der weit unter dem atmosphärischen Druck liegt. Das Vakuum in der Vakuumkammer 14 kann ein Hochvakuum oder Ultrahochvakuum sein. Zur Erzeugung des Vakuums können eine oder mehrere Mittel zur Vakuumerzeugung, wie Turbopumpen und/oder Kryopumpen (nicht dargestellt), an die Vakuumkammer 14 angeschlossen sein.
Der obere Teil 12 des Kryostaten 10 ist mit der Vakuumkammer 14 verbunden oder bildet einen Teil der Vakuumkammer 14. Insbesondere kann der obere Teil 12 einen Innenraum aufweisen, der mit dem Innenraum der Vakuumkammer 14 in Verbindung steht. Dementsprechend kann der Innenraum des oberen Teils 12 so konfiguriert sein, dass er ein Vakuum enthält.
In einigen Ausführungsformen befindet sich im Innenraum des oberen Teils 12 eine Kaltstufe (nicht dargestellt). Die Kaltstufe kann thermisch mit dem Objekt verbunden sein, um das Objekt auf eine Temperatur im Bereich zwischen 5 mK und 300 K, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 mK und 250 K, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 mK und 200 K, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 mK und 150 K, insbesondere in einem Bereich zwischen 5 mK und 100 K, und insbesondere in einem Bereich zwischen 5 mK und etwa 70 K zu kühlen. In einigen Ausführungsformen können Temperaturen bis zur Raumtemperatur eingestellt werden, um Messungen und/oder Tests an Objekten durchzuführen.
Der obere Teil 12 des Kryostaten 10 kann eine Ladeschleuse umfassen, die zum Laden des Objekts in den Kryostaten 10 dient. In einigen Ausführungsformen kann die Ladeschleuse über das zweite Kompartment 120 zugänglich sein.
In einigen Ausführungsformen kann der obere Teil 12 eine Magnetvorrichtung enthalten, die konfiguriert ist, um ein Magnetfeld an das Objekt anzulegen. Die Magnetvorrichtung kann einen supraleitenden Magneten und/oder einen resistiven Elektromagneten umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.
Das erste Kompartment 110, das zweite Kompartment 120 und das dritte Kompartment 130 sind in dieser Reihenfolge vertikal gestapelt. Dementsprechend ist das zweite Kompartment 120 zwischen dem ersten Kompartment 110 und dem dritten Kompartment 130 angeordnet. Insbesondere kann eine Oberseite des zweiten Kompartments 120 direkt an eine Unterseite des dritten Kompartments 130 und eine Unterseite des zweiten Kompartments 120 direkt an eine Oberseite des ersten Kompartments 110 angrenzen.
Der Begriff „vertikal“ ist in Abgrenzung zu „horizontal“ zu verstehen. Das heißt, „vertikal“ bezieht sich auf eine im Wesentlichen vertikale Anordnung des ersten Kompartments 110, des zweiten Kompartments 120 und des dritten Kompartments 130, wobei eine Abweichung von einigen Grad, z.B. bis zu 10° oder sogar bis zu 15°, von einer exakten vertikalen Anordnung noch als „vertikale Anordnung“ oder „im Wesentlichen vertikal“ gilt. Die vertikale Richtung kann im Wesentlichen parallel zur Schwerkraft sein.
Durch die vertikale Anordnung des ersten Kompartments 110, des zweiten Kompartments 120 und des dritten Kompartments 130 kann die Stellfläche des kryogenen Systems 1000 minimiert werden. Dementsprechend nimmt das kryogene System 1000 weniger Platz in Fabriken und Labors ein.
Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst die Tragstruktur 100 eine Vielzahl von Rahmenelementen, die das erste Kompartment 110, das zweite Kompartment 120 und das dritte Kompartment 130 definieren. Optional können eine oder mehrere Wände und/oder eine oder mehrere Türen an der Vielzahl von Rahmenelementen vorhanden oder montiert sein. Die eine oder mehreren Wände und/oder die eine oder mehreren Türen können einen Innenraum der Tragstruktur 100 zumindest teilweise umschließen.
In einigen Ausführungsformen ist die Tragstruktur 100 eine mobile Tragstruktur. Anders gesagt kann die Tragstruktur 100 beweglich sein und nicht unbeweglich in einer Fabrik oder einem Labor installiert sein. Zum Beispiel kann die Tragstruktur 100 weiter eine Vielzahl von Rädern 140, wie z.B. vier Räder, umfassen, die an einer Unterseite des ersten Kompartments 110 angeordnet sind, so dass das kryogene System 1000 frei bewegt werden kann. Dementsprechend ist das kryogene System 1000 der vorliegenden Offenbarung flexibler als herkömmliche kryogene Systeme.
Im dritten Kompartment 130 der Tragstruktur 100 ist die Elektronik 30 untergebracht. Die Elektronik 30 kann eine Steuerelektronik zur Steuerung des Kryostaten und eine Mess- und/oder Testelektronik zur Durchführung der Messungen und/oder Tests an dem Objekt im Kryostaten 10 umfassen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das kryogene System 1000 weiter eine Verdrahtung, die sich von der Elektronik 30 zum Kryostaten 10 und/oder zum zweiten Kompartment 120 erstreckt, wie beispielsweise eine Gleichstromverdrahtung und/oder eine Hochfrequenzverdrahtung. Die Verdrahtung kann eine Steuerverdrahtung zur Steuerung des Kryostaten 10 und/oder eines Mess- und/oder Testaufbaus im zweiten Kompartment 120 umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Verdrahtung eine Mess- und/oder Testverdrahtung für Mess- und/oder Testsignale umfassen.
Das kryogene System 1000 kann weiter wenigstens eine Betriebsvorrichtung umfassen, die für den Betrieb des Kryostaten konfiguriert ist, wie z.B. einen Heliumkompressor und/oder einen Pulsröhrenkühler. In einigen Ausführungsformen kann die wenigstens eine Betriebsvorrichtung im dritten Kompartment 130 angeordnet sein.
2 zeigt ein erstes Kompartment 110 und ein zweites Kompartment 120 einer Tragstruktur für ein kryogenes System gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen.
Die Tragstruktur umfasst Tragmittel im ersten Kompartment 110 zum Stützen bzw. Tragen des Kryostaten 10. Die Tragmittel können ein oder mehrere erste Tragelemente 112 umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie ein oder mehrere entsprechende zweite Tragelemente 16 des Kryostaten 10 stützen. In einigen Ausführungsformen können das eine oder die mehreren zweiten Tragelemente 16 horizontal von der Vakuumkammer 14 des Kryostaten 10 vorstehen.
Die Tragstruktur kann außerdem ein oder mehrere flexible Elemente 114 zwischen den Tragmitteln und dem Kryostaten 10 umfassen, insbesondere zwischen dem einen oder den mehreren ersten Tragelementen 112 und dem einen oder der mehreren zweiten Tragelementen 16. Dementsprechend wird der Kryostat 10 nur durch die Tragmittel mit dem einen oder den mehreren flexiblen Elementen 114 dazwischen und ohne eine starre Verbindung zwischen der Tragstruktur und dem Kryostat 10 gestützt. Mit anderen Worten, es gibt keine weitere Verbindung zwischen der Tragstruktur und dem Kryostaten 10, so dass der Kryostat 10 durch eine schwimmende Lagerung gehalten wird. Dadurch kann verhindert werden, dass die vom Kryostaten 10 erzeugten Vibrationen auf die Tragstruktur übertragen werden.
Wie in 2 gezeigt, erstreckt sich der obere Teil 12 des Kryostaten 10 in das zweite Kompartment 120, so dass sich zumindest ein Abschnitt des oberen Teils 12 innerhalb des zweiten Kompartments 120 befindet. Das zweite Kompartment 120 ermöglicht somit den Zugang zum oberen Teil 12 des Kryostaten 10 für Messungen und/oder Tests an dem Objekt.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Tragstruktur außerdem eine Hilfsstruktur 150 innerhalb des zweiten Kompartments 120, die sich über den oberen Teil 12 des Kryostaten 10 erstreckt. Die Hilfsstruktur 150 kann Befestigungsstrukturen für die Montage von Vorrichtungen bereitstellen, die bei Messungen und/oder Tests verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Hilfsstruktur 150 wenigstens einen optisch transparenten Bereich 152, beispielsweise ein Loch, um den Zugang zum oberen Teil 12 des Kryostaten 10 zu ermöglichen.
Die Hilfsstruktur 150, insbesondere eine ihrer Unterseiten, kann mit einem flexiblen Element des oberen Teils 12 des Kryostaten 10 verbunden sein, um eine Schwingungsentkopplung zumindest zwischen der Hilfsstruktur 150 und dem Kryostaten 10 zu erreichen. Bei dem flexiblen Element kann es sich beispielsweise um einen Faltenbalg handeln, wie z.B. einen Gummifaltenbalg.
In einigen Ausführungsformen kann die Tragstruktur weiter Dämpfungsmittel 160 zwischen der Tragstruktur und der Hilfsstruktur 150 umfassen, um eine Schwingungsentkopplung zwischen der Tragstruktur und der Hilfsstruktur 150 zu erreichen. Insbesondere kann die Hilfsstruktur 150 von den Dämpfungsmitteln 160 getragen werden, ohne dass eine starre Verbindung zwischen der Tragstruktur und der Hilfsstruktur 150 besteht. Mit anderen Worten, es besteht keine weitere Verbindung zwischen der Tragstruktur und der Hilfsstruktur 150.
Die Dämpfungsmitteln können Luftdämpfer, Gummidämpfer, aktive elektrische Dämpfer, passive mechanische Dämpfer, aktive mechanische Dämpfer und Kombinationen davon umfassen, sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
Bei vielen Experimenten, wie z.B. bei optischen Experimenten, sind geringe Vibrationen während der Messungen erforderlich. Teile des Kryostaten 10, wie Pumpen und Pulsröhrenkühler, erzeugen jedoch in der Regel solche unerwünschten Vibrationen. Die Schwingungsdämpfung durch die schwimmende Lagerung des Kryostaten 10 und/oder die Dämpfungsmittel 160 für die Hilfskonstruktion 150 können die Vibrationen auf ein selbst für empfindliche optische Messungen akzeptables Niveau reduzieren. Dementsprechend ermöglicht die vertikale Anordnung der Kompartments in Verbindung mit der Schwingungsdämpfung sowohl eine kleine Stellfläche des kryogenen Systems als auch geringe Vibrationen.
3A und 3B zeigen perspektivische Ansichten eines zweiten Kompartments 120 einer Tragstruktur für ein kryogenes System gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen.
Das zweite Kompartment 120 umfasst eine horizontale Oberseite 122, eine horizontale Unterseite 124 und vier vertikale (oder seitliche) Seiten 126, die die horizontale Oberseite 122 und die horizontale Unterseite 124 verbinden.
Das zweite Kompartment 120, insbesondere seine Größe und/oder Geometrie, kann für die Durchführung von Messungen und/oder Tests, wie z.B. optische Messungen und/oder Tests, an dem Objekt im Kryostaten konfiguriert sein. Wie in 3B gezeigt ist, können die optischen Messungen und/oder Tests beispielsweise optische Strahlen, wie Laserstrahlen, verwenden, die dem zweiten Kompartment 120 von mehreren Seiten zugeführt werden können, insbesondere von der horizontalen Oberseite 122 und einer oder mehreren der vertikalen Seiten 126, wie einer Vorderseite, einer linken Seite und einer rechten Seite.
Das zweite Kompartment 120 kann einen optischen Zugang, wie z.B. einen direkten Strahlenzugang, zu einer Oberseite und/oder wenigstens einer (seitlichen) Seite des oberen Teils des Kryostaten bieten. Beispielsweise können an der Oberseite und/oder der wenigstens einen Seite des oberen Teils ein oder mehrere optische Fenster vorgesehen sein, so dass von außen in das zweiten Kompartment 120 eintretende Strahlen (oder von einer im zweiten Kompartment 120 befindlichen Strahlenquelle erzeugte Strahlen) auf das Objekt im Inneren des Kryostaten gestrahlt werden können.
In einigen Ausführungsformen kann das zweite Kompartment 120, insbesondere seine Größe und/oder Geometrie, so ausgelegt sein, dass es über seinen oberen Teil Zugang zum Inneren des Kryostaten bietet, um das Objekt einzuführen und/oder zu entnehmen. Beispielsweise kann der obere Teil eine Ladeschleuse umfassen oder mit einer solchen verbindbar sein, wobei die Ladeschleuse zum Laden des Objekts in den Kryostaten konfiguriert ist. In einigen Ausführungsformen kann die Ladeschleuse über das zweite Kompartment 120 zugänglich sein.
4 zeigt ein kryogenes System 4000 gemäß weiteren hier beschriebenen Ausführungsformen.
Das zweite Kompartment 120 des kryogenen Systems 4000 ist so konfiguriert, dass ein optischer Tisch 20, der sich horizontal neben der Tragstruktur 100 befindet, optischen Zugang zu wenigstens einer Seite des oberen Teils des Kryostaten erhält. In einigen Ausführungsformen kann der optische Tisch 20 im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie das zweite Kompartment 120 angeordnet sein. Dementsprechend umfasst die Tragstruktur keinen optischen Tisch und trägt auch keinen solchen.
Der optische Tisch 20 kann eine Strahlenquelle 22 umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie einen Strahl LS erzeugt, der in einem optischen Experiment und/oder Test an dem Objekt im Inneren des Kryostaten verwendet wird. Der Strahl LS kann in eine Seite des zweiten Kompartments 120 eintreten und durch ein oder mehrere optische Fenster, die an einer Seite des oberen Teils vorgesehen sind, in den Kryostaten eintreten. Eine solche Anordnung des optischen Tisches außerhalb der Tragstruktur ermöglicht einen flexiblen Einsatz des Kryosystems 4000.
Beispiele
In einem ersten Beispiel ist eine Tragstruktur für ein kryogenes System angegeben. Die Tragstruktur umfasst ein erstes Kompartment, ein zweites Kompartment und ein drittes Kompartment, wobei das erste Kompartment, das zweite Kompartment und das dritte Kompartment in dieser Reihenfolge vertikal gestapelt sind, wobei das erste Kompartment so konfiguriert ist, dass es einen Kryostaten aufnimmt, wobei das zweite Kompartment so konfiguriert ist, dass es Zugang zu einem oberen Teil des Kryostaten bietet, um Messungen und/oder Tests an einem Objekt im Inneren des Kryostaten durchzuführen (oder das Objekt auszutauschen), und wobei das dritte Kompartment so konfiguriert ist, dass es Elektronik zur Steuerung zumindest des Kryostaten aufnimmt.
In einem zweiten Beispiel, das auf dem ersten Beispiel basiert, ist die Tragstruktur eine mobile Tragstruktur.
In einem dritten Beispiel, das auf dem ersten oder zweiten Beispiel basiert, umfasst die Tragstruktur außerdem eine Vielzahl von Rädern, die an einer Unterseite des ersten Kompartments angeordnet sind.
In einem vierten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele basiert, umfasst die Tragstruktur weiter Tragmittel im ersten Kompartment, wobei die Tragmittel so konfiguriert sind, dass sie den Kryostaten tragen.
In einem fünften Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele basiert, umfasst die Tragstruktur weiter ein oder mehrere flexible Elemente, die zwischen dem Trägermittel und dem Kryostaten eingesetzt werden können.
In einem sechsten Beispiel, das auf dem fünften Beispiel basiert, umfassen das eine oder die mehreren flexiblen Elemente Gummi oder sind aus Gummi hergestellt.
In einem siebten Beispiel, das auf dem fünften oder sechsten Beispiel basiert, wird der Kryostat nur von den Tragmitteln mit dem einen oder den mehreren flexiblen Elementen dazwischen und ohne eine starre Verbindung zwischen der Tragstruktur und dem Kryostaten getragen.
In einem achten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele basiert, ist das zweite Kompartment so konfiguriert, dass der obere Teil des Kryostaten zumindest teilweise in das zweite Kompartment hineinragt.
In einem neunten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele basiert, umfasst die Tragstruktur weiter eine Hilfsstruktur zur Durchführung von Messungen und/oder Tests am Objekt im Inneren des Kryostaten, wobei sich die Hilfsstruktur im Inneren des zweiten Kompartments befindet.
In einem zehnten Beispiel, das auf dem neunten Beispiel basiert, umfasst die Tragstruktur weiter Dämpfungsmittel zwischen der Tragstruktur und der Hilfsstruktur, um eine Schwingungsentkopplung zwischen der Tragstruktur und der Hilfsstruktur zu erreichen.
In einem elften Beispiel, das auf dem zehnten Beispiel basiert, sind die Dämpfungsmittel aus der Gruppe ausgewählt, die Luftdämpfer, Gummidämpfer, aktive elektrische Dämpfer, passive mechanische Dämpfer, aktive mechanische Dämpfer und Kombinationen davon umfasst, oder die daraus besteht.
In einem zwölften Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele neun bis elf basiert, erstreckt sich die Hilfsstruktur über den oberen Teil des Kryostaten.
In einem dreizehnten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele neun bis zwölf basiert, umfasst die Hilfsstruktur wenigstens einen optisch transparenten Bereich.
In einem vierzehnten Beispiel, das auf dem dreizehnten Beispiel basiert, ist der wenigstens eine optisch transparente Bereich ein Loch in der Hilfsstruktur oder ein optisches Fenster.
In einem fünfzehnten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele neun bis vierzehn basiert, ist die Hilfsstruktur so konfiguriert, dass sie Zugang zu wenigstens einem optischen Fenster an einer Oberseite und/oder wenigstens einer Seite des oberen Teils des Kryostaten bietet.
In einem sechzehnten Beispiel, das auf einem der vorhergehenden Beispiele neun bis fünfzehn basiert, ist die Hilfsstruktur mit einem flexiblen Element des oberen Teils des Kryostaten verbunden, um eine Schwingungsentkopplung zumindest zwischen der Hilfsstruktur und dem Kryostaten zu erreichen.
In einem siebzehnten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele basiert, ist das zweite Kompartment für die Durchführung optischer Messungen und/oder Tests an dem Objekt im Kryostaten konfiguriert.
In einem achtzehnten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele basiert, ist das zweite Kompartment so konfiguriert, dass es einen optischen Zugang zu einer Oberseite und/oder wenigstens einer Seite des oberen Teils des Kryostaten ermöglicht.
In einem neunzehnten Beispiel, das auf dem achtzehnten Beispiel basiert, ist das zweite Kompartment so konfiguriert, dass es einen direkten optischen Strahlenzugang zur Oberseite und/oder zu wenigstens einer Seite des oberen Teils des Kryostaten ermöglicht.
In einem zwanzigsten Beispiel, das auf dem achtzehnten oder neunzehnten Beispiel basiert, ist das zweite Kompartment so konfiguriert, dass ein optischer Tisch, der sich horizontal neben der Tragstruktur befindet, einen optischen Zugang zu wenigstens einer Seite des oberen Teils des Kryostaten erhält.
In einem einundzwanzigsten Beispiel, das auf dem zwanzigsten Beispiel basiert, ist das zweite Kompartment so konfiguriert, dass es den optischen Zugang für den optischen Tisch bereitstellt, der sich im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie das zweite Kompartment befindet.
In einem zweiundzwanzigsten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele basiert, ist das zweite Kompartment so konfiguriert, dass es über den oberen Teil des Kryostaten einen Zugang zum Inneren des Kryostaten bereitstellt, um das Objekt einzuführen und/oder zu entnehmen.
In einem dreiundzwanzigsten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele basiert, umfasst die Tragstruktur außerdem eine Vielzahl von Rahmenelementen, die das erste Kompartment, das zweite Kompartment und das dritte Kompartment definieren.
In einem vierundzwanzigsten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele basiert, ist die Tragstruktur ein Rack.
In einem fünfundzwanzigsten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele basiert, weist die Tragstruktur einen 19"-Rack-Formfaktor auf.
In einem sechsundzwanzigsten Beispiel ist ein kryogenes System angegeben. Das kryogene System umfasst die Tragstruktur eines der ersten bis fünfundzwanzigsten Beispiele und den Kryostaten im ersten Kompartment.
In einem siebenundzwanzigsten Beispiel, das auf dem sechsundzwanzigsten Beispiel basiert, umfasst der obere Teil des Kryostaten eine Kaltstufe, die mit dem Objekt thermisch verbunden werden kann.
In einem achtundzwanzigsten Beispiel, das auf dem sechsundzwanzigsten oder siebenundzwanzigsten Beispiel basiert, umfasst der obere Teil des Kryostaten eine Magnetvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Magnetfeld an das Objekt anlegt.
In einem neunundzwanzigsten Beispiel, das auf dem achtundzwanzigsten Beispiel basiert, umfasst die Magnetvorrichtung wenigstens einen supraleitenden Magneten und/oder wenigstens einen Elektromagneten.
In einem dreißigsten Beispiel, das auf einem der vorangegangenen Beispiele sechsundzwanzig bis neunundzwanzig basiert, umfasst das kryogene System weiter einen Mess- und/oder Testaufbau im zweiten Kompartment zur Durchführung von Messungen und/oder Tests an dem Objekt innerhalb des Kryostaten.
In einem einunddreißigsten Beispiel, das auf dem dreißigsten Beispiel basiert, ist der Mess- und/oder Testaufbau ein optischer Messaufbau.
In einem zweiunddreißigsten Beispiel, das auf einem der Beispiele sechsundzwanzig bis einunddreißig basiert, umfasst das kryogene System weiter die Elektronik im dritten Kompartment.
In einem dreiunddreißigsten Beispiel, das auf dem zweiunddreißigsten Beispiel basiert, umfasst die Elektronik eine Steuerelektronik zur Steuerung des Kryostaten und eine Mess- und/oder Testelektronik zur Durchführung der Messungen und/oder Tests an dem Objekt im Kryostaten.
In einem vierunddreißigsten Beispiel, das auf dem zweiunddreißigsten oder dreiunddreißigsten Beispiel basiert, umfasst das kryogene System weiter eine Verdrahtung, die sich von der Elektronik zum Kryostat und/oder zum zweiten Kompartment erstreckt.
In einem fünfunddreißigsten Beispiel, das auf dem vierunddreißigsten Beispiel basiert, umfasst die Verdrahtung eine DC-Verdrahtung und/oder eine RF-Verdrahtung.
In einem sechsunddreißigsten Beispiel, das auf einem der Beispiele sechsundzwanzig bis fünfunddreißig basiert, umfasst das kryogene System weiter wenigstens eine Betriebsvorrichtung, die für den Betrieb des Kryostaten konfiguriert ist, wobei sich die wenigstens eine Betriebsvorrichtung im ersten Kompartment und/oder dritten Kompartment befindet.
In einem siebenunddreißigsten Beispiel, das auf dem sechsunddreißigsten Beispiel basiert, umfasst die wenigstens eine Betriebsvorrichtung einen Kompressor, insbesondere einen Heliumkompressor, oder ist ein solcher.
In einem achtunddreißigsten Beispiel, das auf einem der Beispiele sechsundzwanzig bis siebenunddreißig basiert, ist das kryogene System für einen automatischen Betrieb konfiguriert.
In einem neununddreißigsten Beispiel, das auf einem der Beispiele sechsundzwanzig bis achtunddreißig basiert, ist der Kryostat ein adiabatischer Entmagnetisierungskühler.
In einem vierzigsten Beispiel, das auf einem der Beispiele sechsundzwanzig bis neununddreißig basiert, ist der Kryostat ein mehrstufiger adiabatischer Entmagnetisierungskühler.
Während sich das Vorstehende auf Ausführungsformen der Offenbarung bezieht, können andere und weitere Ausführungsformen der Offenbarung abgeleitet werden, ohne vom grundlegenden Umfang der Offenbarung abzuweichen, und der Umfang der Offenbarung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt.

Claims

Tragstruktur (100) für ein kryogenes System (1000, 4000), umfassend: ein erstes Kompartment (110), ein zweites Kompartment (120) und ein drittes Kompartment (130), wobei das erste Kompartment (110), das zweite Kompartment (120) und das dritte Kompartment (130) in dieser Reihenfolge vertikal gestapelt sind, wobei das erste Kompartment (110) für eine Aufnahme eines Kryostaten (10) konfiguriert ist, wobei das zweite Kompartment (120) so konfiguriert ist, dass es einen Zugang zu einem oberen Teil (12) des Kryostaten (10) bereitstellt, um Messungen und/oder Tests an einem Objekt im Inneren des Kryostaten (10) durchzuführen, und wobei das dritte Kompartment (130) für eine Aufnahme einer Elektronik (30) zur Steuerung zumindest des Kryostaten (10) konfiguriert ist, und wobei die Tragstruktur (100) weiter umfasst: Tragmittel (112), die konfiguriert sind, um den Kryostaten (10) zu tragen; und ein oder mehrere flexible Elemente (114), die zwischen den Tragmitteln (112) und dem Kryostaten (10) angeordnet sind.
Die Tragstruktur (100) nach Anspruch 1, wobei die Tragstruktur (100) eine mobile Tragstruktur ist und/oder weiter eine Vielzahl von Rädern (140) umfasst, die an einer Unterseite des ersten Kompartments (110) angeordnet sind.
Die Tragstruktur (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei: das eine oder die mehreren flexiblen Elemente (114) Gummi umfassen oder aus Gummi bestehen; und/oder der Kryostat (10) durch die Tragmittel (112) mit dem einen oder den mehreren flexiblen Elementen (114) dazwischen und ohne eine starre Verbindung zwischen der Tragstruktur (100) und dem Kryostaten (10) gestützt wird.
Die Tragstruktur (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend: eine Hilfsstruktur (150) zur Durchführung von Messungen und/oder Tests an dem Objekt innerhalb des Kryostaten (10); und Dämpfungsmittel (160) zwischen der Tragstruktur (100) und der Hilfsstruktur (150), um eine Schwingungsentkopplung zwischen der Tragstruktur (100) und der Hilfsstruktur (150) bereitzustellen, insbesondere wobei die Dämpfungsmittel (160) aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Luftdämpfern, Gummidämpfern, aktiven elektrischen Dämpfern, passiven mechanischen Dämpfern, aktiven mechanischen Dämpfern und Kombinationen davon besteht.
Die Tragstruktur (100) nach Anspruch 4, wobei: sich die Hilfsstruktur (150) über den oberen Teil (12) des Kryostaten (10) erstreckt; und/oder die Hilfsstruktur (150) wenigstens einen optisch transparenten Bereich (152) aufweist; und/oder die Hilfsstruktur (150) konfiguriert ist, um einen Zugang zu wenigstens einem optischen Fenster an einer Oberseite und/oder wenigstens einer Seite des oberen Teils (12) des Kryostaten (10) bereitzustellen; und/oder die Hilfsstruktur (150) mit einem flexiblen Element des oberen Teils (12) des Kryostaten (10) verbunden ist, um eine Schwingungsentkopplung zumindest zwischen der Hilfsstruktur (150) und dem Kryostaten (10) bereitzustellen.
Die Tragstruktur (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: das zweite Kompartment (120) für die Durchführung optischer Messungen und/oder Tests an dem Objekt im Kryostaten (10) konfiguriert ist; und/oder das zweite Kompartment (120) so konfiguriert ist, dass es einen optischen Zugang zu einer Oberseite und/oder wenigstens einer Seite des oberen Teils (12) des Kryostaten (10) bereitstellt; und/oder das zweite Kompartment (120) so konfiguriert ist, dass es einen direkten optischen Strahlenzugang zu der Oberseite und/oder der wenigstens einen Seite des oberen Teils (12) des Kryostaten (10) bereitstellt; und/oder das zweite Kompartment (120) so konfiguriert ist, dass es einen optischen Zugang zu wenigstens einer Seite des oberen Teils (12) des Kryostaten (10) für einen optischen Tisch (20) ermöglicht, der horizontal neben der Tragstruktur (100) angeordnet ist; und/oder das zweite Kompartment (120) so konfiguriert ist, dass es den optischen Zugang für den optischen Tisch (20) bereitstellt, der sich im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie das zweite Kompartment (120) befindet; und/oder das zweite Kompartment (120) so konfiguriert ist, dass es Zugang zum Inneren des Kryostaten (10) über den oberen Teil (12) desselben zum Einsetzen und/oder Entnehmen des Objekts bereitstellt.
Kryogenes System (1000, 4000), umfassend: die Tragstruktur (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und den Kryostaten (10) im ersten Kompartment (110).
Das kryogene System nach Anspruch 7, wobei: der obere Teil (12) des Kryostaten (10) zumindest teilweise in das zweite Kompartment (120) hineinragt; und/oder der obere Teil (12) des Kryostaten (10) eine Kaltstufe umfasst, die thermisch mit dem Objekt verbindbar ist; und/oder der obere Teil (12) des Kryostaten (10) eine Magnetvorrichtung umfasst, die konfiguriert ist, um ein Magnetfeld an das Objekt anzulegen.
Das kryogene System (1000, 4000) nach Anspruch 7 oder 8, weiter umfassend: einen Mess- und/oder Testaufbau im zweiten Kompartment (120) zur Durchführung von Messungen und/oder Tests an dem Objekt im Inneren des Kryostaten (10), insbesondere wobei der Mess- und/oder Testaufbau ein optischer Messaufbau ist; und/oder die Elektronik (30) im dritten Kompartment (130), wobei die Elektronik (30) eine Steuerelektronik zur Steuerung des Kryostaten (10) und eine Mess- und/oder Testelektronik zur Durchführung der Messungen und/oder Tests an dem Objekt im Inneren des Kryostaten (10) umfasst; und/oder eine Verdrahtung, die sich von der Elektronik (30) zum Kryostaten (10) und/oder dem zweiten Kompartment (120) erstreckt, insbesondere wobei die Verdrahtung eine DC-Verdrahtung und/oder eine RF-Verdrahtung umfasst; und/oder wenigstens eine Betriebsvorrichtung, die für einen Betrieb des Kryostaten (10) konfiguriert ist, wobei sich die wenigstens eine Betriebsvorrichtung im ersten Kompartment (110) und/oder dem dritten Kompartment (130) befindet, insbesondere wobei die wenigstens eine Betriebsvorrichtung einen Kompressor oder einen Heliumkompressor umfasst oder ein solcher ist.
Das kryogene System (1000, 4000) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei: das kryogene System (1000, 4000) für einen automatischen Betrieb konfiguriert ist; und/oder der Kryostat (10) ein adiabatischer Entmagnetisierungskühler, insbesondere ein mehrstufiger adiabatischer Entmagnetisierungskühler, ist.