DE1751051C3 - Kryostat mit einer Vakuumkammer - Google Patents

Description

kühlt werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch 45 gelöst, daß die allseitig dicht abgeschlossene Vaku-

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kryostaten umkammer als selbständiges Bauteil des KjTostaten mit einer aus dem Flüssiggaskältereservoir eines ausgebildet ist, das mit einer zylinderförmigen, in das Dewargefäßes über eine Kältetransportvorrichtung Innere der Vakuumkammer hineinragenden tinkühlbaren Vakuumkammer, in der eine Kaltfläche buchtung versehen ist, an deren Bodenflache die KaI-zum Anlegen der Kühlfläche eines zu kühlenden 50 tetransportvorrichtung endet und ^n der Bo-Strahlungsdetektors vorgesehen ist. denfläche gegenüberliegende, dem Vakuum zuge-

Zur Registrierung von elektromagnetischer oder wandte Flachseite die Kaltflache bildet, und daß so-Korpuskularstrahlung von infraroten bis zu wohl die Kaltfläche mit der Kältetransportvornch-Gamma-Strahlen werden Kristalldetektoren ver- tung als auch die Vakuumkammer mit dem uewarwendet Bei Benutzung von Germanium-Detektoren, 55 gefäß lösbar verbunden ist.

die ein besonders hohes Auflösungsvermögen — vor Ein besonderer Kannenanschluß ist somit mehl

allem betreffend Gammastrahlen — haben, ist eine mehr erforderlich. Außerhalb des Betriebes wird nui starke Kühlung mit Flüssitmas, beispielsweise mit die Vakuumkammer mit ..^m Dete;ktor im Kuhflüssigem Stickstoff, erforderlich, um das Detektor- schrank gelagert, dessen Kalte über die Kaltfläche d ■ Rauschen auf vernachlässigbare Werte herabzudrük- 60 rekl zum Detektor gelangt. Nach dem Auswecnselr kcn. Zur Kühlung werden die Detektoren meist auf eines Detektorkristalls ist nur das Vakuum in dei eine Kaltfläche gesetzt, deren Rückseite wärmemäßig Kammer zu erneuern.

mit dem Kältereservoir, also beispielsweise mit dem Als Kältetransportvorrichtung kann ein in der

Inhalt eines Dewargefäßes. in Verbindung steht. Bei hohlen Stutzen des Dewargefäßes geführter Warme genügend starker Kühlung ist das Auflösungsvermö- 6₅ leilstab, insbesondere aus Kupfer, vorgesehen sein gen von beispielsweise lithiumgedrifteten Gcrmani- wobei das eine Ende des Wärmeleitstabes in du umdetektorcn Ge-(Li)-Detektoren, im wesentlichen Kühlflüssigkeit und das andere Ende in eine bin durch die iiadigeschalteie Elektronik und den Ein- buchtung der Vakuumkammer hineinragt. Ua:

Ende des Wärmeleitstabes ist mit der Rückseite der zen 31 eines Dewargefäßes 30 geführter Wärmeleit-Kaltfläche lösbar verbunden, insbesondere ver- stab 1 vorgesehen, der aus einem gut wärmeleitenden schraubt. Bei einem Kryostaten mit einem Dewarge- Material, insbesondere aus Kupfer, bestehen soll. Die

täß, dessen Stutzen oberhalb des Flüssigkeitsspie- Anordnung ist im noch nicht vollständig montierten

gels der Kühlflüssigkeit am Gefäß angebracht ist, 5 Zustand gezeichnet. Beim Zusammenbau werden der

kann der hohle Stutzen des Dewargefäßes außer zur Flansch 22 einer Vakuumkammer 20 und der Aufnahme des Wärmeleitstabes auch zur Führung Flansch 32 eines Dewargefäßes 30 in Pfeilrichtung eines regelbaren, zur Kühlung des Leitsiabes i'nd der zusammengeschoben und miteinander verbunden,

Kaltfläcbe dienenden Abgasstromes aus dem Dewar- beispielsweise verschraubt. .

gefäß vorgesehen sein. i° Die Vakuumkammer 20 stellt im Prinzip ein Geist der Kryostat jedoch mit einem Dewargefäß ver- faß mit evakuierter Hohlwand dar. Sie besteht im sehen, dessen Stutren unterhalb des Kühlflüssigkeits- wesentlichen aus einem Deckel 21 und einem Topf spiegeis am Gefäß angebracht ist, so ist es zweckmä- 23. Der Deckel 21 besteht aus einem Material mit ßig, den hohlen Stutzen des Dewargefäßes außer zur geringer Absorption der zu messenden Strahlung. Aufnahme des Wärmeleitstabes auch zur Führung 15 Der Topf 23 enthält elektrische Anschlüsse 24 sowie eines regelbaren, zur Kühlung von Wärmeleitstab einen Hauptevakuierungsanschluß 25 und einen An- und Kaltfläche dienenden Flüssigkeitsstromes aus Schluß 26 für eine Dauerevakuierungspumpe, insbedem Dewargefäß vorzusehen. In beiden Fällen ist zur sondere Ionengetterpumpe.

Regelung vorzugsweise ein am Ausgang des Gas- Bei dieser stehenden Anordnung der Vakuumkambzw. Flüssiggasstromes angeordnetes Regulierventil ao mer 20 ist der Flansch 22 der unterste Teil der Vavorgesehen. kuumkammer. Deckel 21 und Topf 23 der Vakuum-Ais Kältetransportvorrichtung kann auch ein mit kammer 20 sind ebenfalls jeweils mit einem Flansch einem Ende durch den Stutzen des Dewargefäßes in versehen, deren Berührungsflächen mit 27 bezeichnet die Kühlflüssigkeit und mit dem anderen Ende in die sind. Auf der Kaltfläche 28 des Topfes 23 befindet Einbuchtung der Vakuumkammer hineinragendes as sich ein zu kühlender Detektorkristall D. Die RückRohr vorgesehen sein, mit dem die Kühlflüssigkeit seite der Kaltfläche 28 ist mit einer Schraube 29 zum unter Druck an die Rückseite der Kaltfläche führ- Anschrauben eines als Überwurfmutter ausgebildeten bar ist. Der Stutzen des Dewargefäßes kann dann Endes 2 des Wärmeleitstabes 1 versehen. Die mittels einer Manschette des durchgeführten Kühl- Schraube 29 kann als Hohlschraube oder auch als mitteltransportrohres durch eine beim Zusammenbau 30 massive Schraube ausgebildet sein,
der Einrichtung gespannte Feder verschlossen wer- Das Dewargefäß 30 mit dem hohlen Stutzen 31 den. Die Vakuumkammer bzw. der Stutzen ist mit zum Einführen in die Vakuumkammer 20 besteht einem Ventil zum Abführen der an der Kaltfläche aus einem Außenmantel 33 und einem Innenmantel verdampften Flüssigkeit versehen. Auch bei dieser 34. Der Außenmantel 33 ist mit einer Durchführung Ausführung der Kältetransportvorrichtung kann der 35 35 für eine 'Kühlmittelstandsanzeige, einem VerStutzen des Dewargefäßes zum Aufsetzen der Vaku- schlußventil 36 und dem Kühlmitteleinlaßrohr 37 umkammer sowohl unterhalb des Flüssigkeitsspie- versehen. Der Raum zwischen den Mänteln 33 und gels als auch oberhalb des Flüssigkeitsspiegels am 34 kann durch Anschluß einer Vakuumpumpe an Gefäß angebracht sein. In letzteren Falle ist es sehr das Ventil 36 evakuiert werden. Im Dewargefäß 30 günstig, wenn das Rohr ein Steigrohr für die Kühl- 40 können auch reflektierende Folien 38 sowie Aktivflüssigkeit ist, das nach dem Prinzip des artesischen kohle 38 a vorgesehen sein. Der Innenmantel 34 ist Brunnens Kühlflüssigkeit gegen die Rückseite der zum Außenmantel 33 an der Stelle 39 zentriert. Kallfiäche fördert. Zum Regeln des Kühlflüssig- Beide Gefäße sind am oberen Ende des Stutzens 31 keitsstromes durch Regelung des Gasdruckes kann verbunden.

am Dewargefäß oberhalb der Kühlflüssigkeit ein 45 Wenn der Flansch 22 der Vakuumkammer 20 mit Regulierventil vorgesehen sein. Bei einem Kryostaten dem Flansch 32 des Dewargefäßes 30 fest verbunmit einem Dewargefäß, dessen Stutzen unterhalb den sind, wird die Kaltfläche 28 durch die Wärmeleides Kühlflüssigkeitsspiegels am Gefäß angebracht tung des Leitstabes 1 gekühlt. Im hohlen Stutzen 31 ist, kann der durch die Schwerkraft in das Rohr ge- des Dewargefäßes 30 kann sich ein Abgasstrcm 3 drückte Flüssiggasstrom mittels eines am Rohrein- 50 ausbilden, der im Gegenstrom sowohl am Leitstab 1 gang angebrachten Ventils geregelt werden. Zur Be- als auch an der Kaltfläche 28 in Pfeilrichtung vortätigung des Ventils ist ein Stab geeignet, der von beistreicht und dann aus einer Öffnung 4 austritt,
oben in die Kühlflüssigkeit eintaucht und zugleich In der Ausführungsform des Kryostaten nach mit Einrichtungen zur Kühlmittelstandsanzeige ver- F i g. 1 hat beispielsweise die Vakuumkammer etwa sehen sein kann. 55 60 mm äußeren Durchmesser und etwa 25 mm Weite. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Sie ist einschließlich Flansch 22 etwa 150 mm hoch. Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher und der Topf 23 hat eine Höhe von etwa 90 mm. Ein beschrieben. Es zeigt Dewargefäß für etwa 10 1 Flüssiggas hat vom Boden Fig. 1 einen Kryostaten mit Wärmeleitstab als bis zum Flansch 32 eine Höhe von etwa 410 mm unc Kältetransportvorrichlung, 60 einen Durchmesser von etwa 300 mm. Die ganze An-F i g. 2 einen Kryostaten mit einem Rohr zum Ordnung ist dann also 56 cm hoch und hat 30 crr Kühlmitteltransport, Durchmesser.

Fi g. 3 eine Außenansicht eines Kryostaten mit ab- Als Kältetransportvorrichtung kann nach F i g. '■

gewinkelter Vakuumkammer und auch ein mit einem Ende durch den Stutzen 31 de

F i g. 4 einen Teil einer Ausführungsform mit einer 65 Dewargefäßes 30 in die Kühlflüssigkeit und mit den

hängenden Vakuumkammer. anderen Ende in die Vakuumkammer 20 hineinra

Im Querschnitt eines Kryostaten nach F i g. 1 ist gendes Rohr 40 vorgesehen sein, mit dem Kühlflüs

als Kältetransportvorrichtung ein in den hohlen Stut- sigkeit unter Druck an die Rückseite der Kaltfläch

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28 führbar ist Beim Zusammensetzen von Vakuum- einem nicht näher' bezeichneten Flansch versehen kammer 20 und Dewargefäß 30 durch Zusammen- sind. Die Berührungsflächen dieser Flansche mit dem schieben der Flansche 22 und 32 in Pfeilrichtung entsprechenden Flansch des Topfes 23 bzw. des wird eine mit dem Rohr 40 verbundene, beispiels- Deckels 21 sind mit 71 bzw. 72 bezeichnet Die weise verschweißte, Manschette 41 durch den Druck 5 Flanschverbindungen sind vakuumdicht. Das Wineiner Feder 42 gegen eine in der Figur nicht darge- kelrohr 70, das auch als Knie bezeichnet werden stellte Dichtung am oberen Ende des Stutzens 31 des kann, ist Bestandteil der Vakuumkammer 20. Es ist Dewargefäßes 30 gepreßt. Dadurch ist das Dewargefäß mit elektrischen Anschlüssen 74 versehen, die an 30 bis auf die obere öffnung des Rohres 40 ver- Stelle der Anschlüsse 24 verwendet werden können, schlossen Am oberen Ende des Rohres 40 können io Der Vorteil der abgewinkelten Vakuumkammer gevorzugsweise mehrere öffnungen vorgesehen sein, maß F i g. 3 besteht vor allem darin, daß man den die in einen in der Hohlschraube 29 angeordneten Kryostaten neben der auszumessenden Strahlenquelle Sinterkörper 45 hineinragen. Das Rohr 40 kann vor- aufstellen kann.

teilhaft mit einem dreiarmigen Abstandhalter verse- Soll der Kryostat über der auszumessenden Slrah-

hen sein mit dem das Rohr 40 im Innenmantel 34 15 lenquelle angeordnet werden, so ist es zweckmäßig, des Stutzens 31 zentriert ist. eine Anordnung zu verwenden, bei der die Vakuum-

Da das Dewargefäß nach Aufsetzen der Vakuum- kammer unter dem Dewargefäß »hängt«, kammer bis auf die obere öffnung des Rohres 40 Bei dem Teil eines Kryostaten mit einer hängenluftdicht abgeschlossen ist, wird die Kühlflüssigkeit den Vakuumkammer nach Fig. 4 mit einer Käiteinfolge des sich durch Verdampfen der Flüssigkeit im 20 transportvorrichtung von einem Dewargefäß 100 zur Dewargefäß ausbildenden Druckes nach Art eines Vakuumkammer 20 bzw. dessen Kaltfläche 28 hanartesischen Brunnens durch das Rohr 40 nach oben delt es sich im Prinzip um eine Anordnung gemäß gepreßt und gegen die Rückseite der Kaltfläche 28 Fig. 2. In der Anordnung nach Fi g.4 dient ein gesprüht. Dort verdampft die Kühlflüssigkeit und Stutzen 101 mit einem Flansch 102 zum Ansetzen an streicht am oberen Ende des äußeren Mantels 33 des »5 den Flansch 22 der Vakuumkammer 20 am unteren Stutzens 31 vorbei zur öffnung 4 im Flansch 32. Zur Ende des Dewargefäßes 100. Es ist zusätzlich ein Regulierung dieses Abgasstromes kann Vorzugs- Ventil 91 mit einem Ventilkegel 92 vorgesehen, der weise eine Abgasregulierschraube 48 vorgesehen am Ende eines Stabes angeordnet ist, der vorzugssein. Der Weg des Kühlmittels vom oberen Ende des weise zugleich zur Kühlmittelstandsanzeige dienen Rohres 40 vorbei an der Kaltfläche 28 zur öffnung 4 30 kann. Die Kühlflüssigkeit wird durch die Schwerkraft ist mit Linien 49 bezeichnet, die mit Pfeilen versehen durch ein Rohr 110 zur Kaltfläche 28 transportiert. _sj_n(j Der Raum zwischen dem Rohr 110 und dem Innen-

Wenn die Kaltfläche 28 praktisch auf die Tempe- rohr 104 ist innerhalb des Stutzens 101 einerseits ratur des flüssigen Kühlmittels abgekühlt ist, wird durch den Ventilkörper 91 und andererseits durch an der Kaltfläche nicht mehr die gesamte dorthin ge- 35 den Verschluß 111 dicht abgeschlossen. Der Verförderte Kühlflüssigkeit verdampft, und die Kühlmit- schluß Hl kann mit dem Rohr 110 verschweißt sotelzufuhr kann gedrosselt werden. Zu diesem Zweck wie mit dem Ende 112 des Innenrohres 104 im Geist am Dewargefäß 30, insbesondere an dessen Kühl- winde 113 verschraubt sein. Bei Betrieb kann der mitteleinlaßrohr 37, ein Ventil SO vorgesehen, das als Kühlflüssigkeitsstrom durch das Rohr 110, durch ein Nadelventil ausgebildet sein kann. Es wird bei Be- 40 mit der Regulierschraubc 115 einstellbares Ventil darf mehr oder weniger weit geöffnet, um den Druck 114, so eingestellt werden, daß gerade so viel Kühldes verdampften Gases im Dewargefäß so einzustel- flüssigkeit zur Kaltflächc 28 gelangt, wie dort vcrlen, daß gerade so viel Kühlflüssigkeit durch das dampfen kann.

Rohr 40 nach oben gefördert wird, wie an der Kalt- Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht

fläche 28 verdampft werden kann. Da der Druck des 45 darin, daß man die Vakuumkammer 20 abnehmen verdampften Kühlmittels im Dewargefäß 30 relativ kann, ohne das Dewargefäß vorher entleeren zu müsstark ansteigen kann, z. B. nach Abkühlung der Va- sen. Man braucht nämlich nur das Ventil 91 durch kuumkammer 20, auf 150 bis 180 mm Hg, hat es sich Betätigen des Rcgelstabcs zu schließen und kann als zweckmäßig erwiesen. Kühlrohre 40 mit geringem dann die Vakuumkammer 20 abschrauben und beiDurchmesser, beispielsweise mit einer lichten Weite 50 spielsweisc durch eine Vakuumkammer mit anderem von 1 mm und kleiner, zu verwenden. Kristall oder anderem Empfindlichkeitsbereich crset-

In der Ausführungsform eines Kryostaten mit zen.

einer abgewinkelten Vakuumkammer nach Fig. 3 ist Auch bei der hängenden Ausführung des Kryosta·

zwischen dem Topf 23 und dem Deckel 21 ein Win- ten kann man eine abgewinkelte Vakuumkammei kelrohr 70 angeordnet, dessen Enden jeweils mit 55 verwenden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 π η Ip Kanazität des Detektors auf die Elektronik nuß der Kaiwata tdesrer Gamma.Strahlen.Energie Patentansprüche: Ken schon Auflösungsvermögen von etwa 1 KeV konnten *■" . können Gamma-Energien ge-

1. Kryostat mil einer aus dem Flüssiggas- erreicht werden, ua ^ ₁ ^ _un_ kältereservoir eines Dewargefäßes über eine Kai- 5 trennt gemessen werden,

tetransportvorrichtung kühlbaren Vakuumkam- terse;^neiüe"· , _Kiihi_unt, bereitet jedoch immer noch mer, mder eine Kaltfläche zum Anlegen der Die ^d^™^_r""_keif_en, _weil die Detektorkörper Kühlfläche eines zu kühlenden Strahlungsdetek- technische ™_auch ^s _außerhai_b der Betriebszeiten — tors vorgesehen ist, dadurch ge kenn- standi g _sondern auch in Vakuumkammern zeichnet, daß die allseitig dicht abgeschlos- io nicht nur geKuaι, ^^^ _Kühleinri_chtungen sene Vakuumkammer (20) als selbständiges Bau- gelagert werden jn ^ ^ ^ »_Kryostat« genannt teil des Kryostaten ausgebildet ist, das mit einer mit Uewargelau _{zej] haT un}d zusammensetzbar zylinderförmigen, in das Innere der Vakuumkam- — sollen ie _hi(f_denen Teile der Einrichtung mer hineinragenden Einbuchtung versehen ist, an sein, damit aie Formen oder r^ue deren Bodenfläche die Kältetransportvorrich- 15 ausgetauscht und ^durcJ Außerhalb der Betung endet und deren der Bodenfläche gegen- Te.le ^W ^" ^¹ _ft ^_n Detektorüberliegende, dem Vakuum zugewandte Flach- tnebszeiten wirdId e ^^UI Tiefkühlschränseite die Kaltfläche (28) bildet, und daß sowohl kristall zweckmäßig in sogen

die Kaltfläche (28) mit der Kältetransportvor- ken mit Trocke-n«sigj· · , _{hrift { m 57Q} richtung als auch die Vakuumkammer (20) mit 20 Ein aus ^d" ^deu™_{t das} dewargefäß mit der

dem Dewargefäß (30) lösbar verbunden sind. bekannter Kryostat entnaii ua ^b _{d rfj γ}

2. Kryostat nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Kühlflüss.gke.t, einen K£"^g£™„gsemrichtung zeichnet, daß die Kältetransportvorrichtung als kuumkammer mit ei^ ™ H S _p] . *

. Wärmeleitstab (1) ausgebildet ist und daß zwi- für d.e t.e-fstsiedende KuhWu s>gk^ £

sehen dem Wärmeleitstab (1) und einem Stutzen 25 ke.t wird über ein als K-iteiran>p _der Ver-

(31) des Dewargefäßes (30) ein Ringspalt zur nendes Zitatungwohr '* ^¹^^*^r _Sau ^e Führung eines Abgasstromes (3) vorgesehen ist. ^Ρ^ίϋη8^ΜΙ^"?¹^§°ηβ Vakuumpumpe ange-

3. Kryostat nach Anspruch 1, dadurch gekenn- leitung an ^{eine ζ}^~ ^richtung «t mit zeichnet, daß die Kältetransportvorrichtung in an schlossen ist. Die Kai^letransP°" Detektorkrisich bekannter Weise als Rohr (40) ausgebildet 30 dem Verdampfer fest ^.^u^_a°^

ist, das durch den Stutzen (31) in das Dewargefäß stall kann deshalb innerhalb der Kammer n^ci^onne

(30) hineinragt und an seinem oberen Ende mit die Kühlm.ttelzule.tungsvornchtung transportim

einer Manschette (41) versehen ist, welche die werden. Außerdem "^st. ^ei"^e J^l. ^Sfm^ in finem

öffnung des Stutzens (31) abdichtet (F i g. 2). Detektorkristalls innerhalb der Kammer ^n einem

4. Kiyostat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 35 Tiefkühlschrank nicht möglich werf die Kalte k« dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeits- nen unmittelbaren Zutritt zur Kuhlflache des Detek

ΚΐΑ^οϊϊΑΐ^^ΐΞΑ· "De"Erfindung Hegt deshalb die Aufgab^ zu Vent,_ls(48bzw. 1,5) regelbar ist (Fi, 2 und 4). ^^J^™^^^-

ierten Kammer angeordneter Detektor außerhalb des Betriebes in einem Kühlschrank wirkungsvoll ge-