DE19840652A1 - Lageunabhängiger Kunststoffkryostat - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen lageunabhängigen Kunststoffkryostat, der vorzugsweise zur Kühlung von HTSL-SQUID-Sensoren in HTSL-SQUID-Vektor-Mikroskopen eingesetzt wird. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kryostat zu schaffen, der in allen Betriebslagen eine nahezu konstante Kühlung des Sensors ermöglicht und bei dem der Abstand zwischen Sensor und Kryostataußenwand einstellbar ist. DOLLAR A Der erfindungsgemäße Kryostat besteht aus einem inneren und äußeren Behälter und einem bis zur Hälfte in den Innenbehälter 2 stirnseitig hineinragenden Halsrohr 1. Das Halsrohr 1 ist mit dem Innenbehälter 2 und einem axial beweglichen Zwischenboden 4 fest verbunden. Der Zwischenboden 4 ist über axial wirkende Verstelleinrichtungen 6 an der dem Sensorhalter 18 gegenüberliegenden Außenbehälterstirnwand 3 verankert. Der Vakuumraum 17 zwischen Innenbehälter 2 und Außenbehälter 9 ist an der Durchführung des Halsrohres durch die Außenbehälterstirnwand 3 mittels eines Federbalgs 5 vakuumdicht verschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft einen lageunabhängigen Kunststoffkryostat, der vorzugsweise zur Kühlung von HTSL-SQUID-Sensoren in HTSL-SQUID-Vektor-Mikroskopen eingesetzt wird.

Kryostate bestehen im wesentlichen aus einem Innen- und Außenbehälter, die nur durch ein dünnes, schlecht wärmeleitendes Halsstück miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Behältern befindet sich meist eine Vakuumvielschichtisolation. Die zu kühlenden Sensoren oder Proben befinden sich bei den sogenannten Badkryostaten in der kryogenen Flüssigkeit im Inneren des Innenbehälters oder bei den Verdampferkryostaten an der äuße­ ren Wand des Innenbehälters. Zusätzlich können die Kryostate mit optischen Fenstern oder Wärmeübertragern ausgerüstet werden. Eine sichere Funktion dieser Kryostate ist jedoch nur im senkrechten Zustand bzw. bei Neigungen bis 30° möglich.

In der DE 43 20 803 A1 wird ein lageunabhängiges Sensor-Kühlsystem vorgeschlagen, bei dem der Innenbehälter mit konzentrisch angeordneten Rohren für die Stickstoffzuführung und Abgasführung ausgestattet ist. Diese Rohre münden etwa bis zur Hälfte in den Innenbe­ hälter hinein und bewirken damit, daß mit dem bis zur Hälfte mit kryogener Flüssigkeit ge­ füllten Innenbehälter in jeder beliebigen Lage die Kühlung des Sensors erfolgen kann, ohne daß kryogene Flüssigkeit in die Nachfülleitung zurückfließt bzw. die Abgasleitung durch Flüssigkeit verschlossen ist.

Alle diese Kryostate haben aber den Nachteil, daß nach dem Einbau des Sensors in den Kryostat eine örtliche Veränderung, d. h. Justierung, nicht mehr möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kryostat zu schaffen, der in allen Betriebslagen eine nahezu konstante Kühlung des Sensors ermöglicht und bei dem der Abstand zwischen Sensor und Kryostataußenwandung einstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst. Es wird damit erreicht, daß durch den Einsatz von überwiegend nichtmetallischen Werkstoffen die Störbeeinflussung des Sensors minimiert, die geforderte maximale Temperaturverände­ rung von 0,1 K eingehalten und eine gute Justierung des Sensors im Bereich von 2 . . . 20 mm gegenüber der Kryostataußenwand mit einer reproduzierbaren µm-Genauigkeit ermög­ licht wird.

An nachfolgendem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die Abbildung zeigt die schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgestatteten Kryosta­ ten.

Der Außenbehälter des Kryostaten besteht aus der Kryostataußenwand 9, der Außenbehäl­ terstirnwand 3 und meßkopfseitig aus dem Kryostataußenwandboden 8, dem Abschlußdec­ kel 10 und der Hülse 11. Diese Teile bestehen aus nichtmetallischem Werkstoff, vorzugs­ weise glasfaserverstärktem Epoxidharz. Im Bereich der Durchführung des Halsrohres 1 durch die Außenbehälterstirnwand 3 ist ein Federbalg 5 vakuumdicht gegenüber der Au­ ßenbehälterwand 3 und dem Zwischenboden 4 angebracht. Mit diesem Federbalg 5 wird die durch die Verstelleinrichtungen 6 ausgeführte vorwiegend axiale Einstellbewegung aus­ geglichen. Die Durchführung für das Halsrohr 1 durch die Außenbehälterstirnwand 3 ist so bemessen, daß auch eine gewisse radiale Beweglichkeit des Halsrohres 1 möglich ist. Die­ se radiale Beweglichkeit ist erforderlich, um bei der Justierung des Sensors 7 die Verstel­ leinrichtungen 6 unterschiedlich betätigen zu können.

Die Verstelleinrichtungen 6 sind über Zwischenhülsen 19 mit der Außenbehälterstirnwand 3 und dem Zwischenboden 4 fest verbunden. Das äußere Ende des Halsrohres 1 ist eben­ falls mit dem Zwischenboden 4 fest verbunden. Bevorzugt werden als Verstelleinrichtungen 6 drei Mikrometerschrauben eingesetzt. Durch eine Abstandsänderung zwischen Außenbe­ hälterstirnwand 3 und Zwischenboden 4 wird über das Halsrohr 1 eine Ortsveränderung des gesamten Innenbehälters 2 und damit die Justierung des Sensors 7 erreicht.

Der Innenbehälter 2 besteht ebenfalls aus glasfaserverstärktem Epoxidharz. Der Boden 12 des Innenbehälters 2 besitzt eine vakuumdichte, tieftemperaturfeste Metalldurchführung 13, die im Flüssigkeitsraum 14 mit einer geschlitzten Scheibe 15 und einem geschlitzten Zylin­ der 16 aus Kupfer und im Vakuumraum 17 mit einem Sensorhalter 18, z. B. aus Saphir, und dem Sensor 7 gut wärmeleitend verbunden ist.

Das Halsrohr 1, ebenfalls aus glasfaserverstärktem Epoxidharz bestehend, ist mit dem In­ nenbehälter 2 fest verbunden und ragt genau bis in die Mitte des Innenbehälters in diesen hinein. Dadurch wird erreicht, daß der eingefüllte flüssige Stickstoff bei Verkippung des Kryostaten bis zu 180° nicht auslaufen, der verdampfte Stickstoff immer durch das Halsrohr 1 entweichen kann. Durch die Scheibe 15 und den Zylinder 16 wird in jeder Lage des Kryostaten eine gute metallische Wärmeleitung zwischen dem flüssigen Stickstoff und der Metalldurchführung 13 und damit dem Sensor gewährleistet.

Im Vakuumraum 17 befindet sich eine Vakuumvielschichtisolation 20 und ein Adsorbens 21. Mit 22 ist der Vakuumstutzen bezeichnet, der dem Anschluß an eine Vakuumpumpe dient.

Bezugszeichenliste

1

Halsrohr

2

Innenbehälter

3

Außenbehälteroberteil

4

Zwischenboden

5

Federbalg

6

Verstelleinrichtung

7

Sensor

8

Kryostataußenwandboden

9

Kryostataußenwand

10

Abschlußdeckel

11

Hülse

12

Innenbehälter

13

Metalldurchführung

14

Flüssigkeitsraum

15

Scheibe

16

Zylinder

17

Vakuumraum

18

Sensorhalter

19

Zwischenhülse

20

Vakuumvielschichtisolation

21

Adsorbens

22

Vakuumstutzen

Claims (4)

1. Lageunabhängiger Kunststoffkryostat bestehend aus einem inneren und äußeren Behäl­ ter und einem bis zur Hälfte in den Innenbehälter stirnseitig hineinragenden Halsrohr, da­ durch gekennzeichnet, daß das Halsrohr (1) mit dem Innenbehälter (2) und einem axial be­ weglichen Zwischenboden (4) fest verbunden ist und daß der Zwischenboden (4) über axial wirkende Verstelleinrichtungen (6) an der dem Sensorhalter (18) gegenüberliegenden Au­ ßenbehälterstirnwand (3) verankert ist.

2. Lageunabhängiger Kunststoffkryostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumraum (17) zwischen Innenbehälter (2) und Außenbehälter (9) an der Durchführung des Halsrohres (1) durch die Außenbehälterstirnwand (3) mittels eines Federbalgs (5) vaku­ umdicht verschlossen ist.

3. Lageunabhängiger Kunststoffkryostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstelleinrichtungen (6) vorzugsweise drei gleichmäßig verteilte Mikrometerschrauben ein­ gesetzt sind.

4. Lageunabhängiger Kunststoffkryostat nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (2) aus nichtmetallischem Werkstoff, vorzugsweise glasfaserver­ stärktem Epoxidharz besteht und mit einem geschlitzten Zylinder (16) und an der vakuum­ dichten Metalldurchführung (13) mit einer geschlitzten Scheibe (15) aus Kupfer ausgeklei­ det ist und daß sich an der Metalldurchführung (13) der im Vakuumraum (17) befindliche Sensorhalter (18) befindet.