DE2906060C2

DE2906060C2 - Kryostat

Info

Publication number: DE2906060C2
Application number: DE2906060A
Authority: DE
Inventors: Marvin Henry Mountain View Calif. Anderson; George Dewey Menlo Park Calif. Kneip Jun.
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1978-02-21
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1986-11-20
Also published as: CH641548A5; DE2906060A1; GB2015716A; GB2015716B

Description

Das zentrale Kühlmittelreservoir 110 ist aus 3,18 mm starkem Aluminium zu einer im wesentlichen sphärischen Form, wie dargestellt geformt, und zwar durch bekannte Spinntechniken. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat das Reservoir 110 eine Kühlmittelkapazität von etwa 25 L Das Reservoir 110 ist weiter durch eine Bohrung gekennzeichnet, die durch eine Zylinderwand 111 gebildet wird, die an das Reservoir 110 angeschweißt ist Auf diese Weise wird ein Zimmertemperaturzugang zum Magnetfeld der Spuleneinheit 50 erreicht. Das Reservoir 110 ist gegen die Umgebungstemperatur mittels einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden ineinandergeschachtelten Umgebungskammern 112, 114, 116 und 118 isoliert, die koaxiale Bohrungen aufweisen, die durch zylindrische Rohre 113,115,117 bzw. 119 gebildet werden. Die Wandstärke der betreffenden zylindrischen koaxialen Rohre wird durch die Wärmebelastung in jedem bestimmt und variiert von 0,51 mm bis 1,24 mm. Die Zwischenräume zwischen den Kammern 112,114,116 und 118 stehen in noch zu beschreibender Weise miteinander in Verbindung und sind durch eine Auspumpöffnung 120 in der Außenkammer 118 evakuiert, um einen sehr niedrigen Druck zu erreichen, beispielsweise 10~⁶ Torr, um die Wärmeleitung zwischen benachbarten ineinandergeschachtelten Flächen durch Gas-Leitung und -Konvektion zu minimieren.

Ein zweites Kühlmittelreservoir 114' ist oberhalb des Zentralreservoirs 110 und in Wärmekontakt mit der Kammer 114 angeordnet so daß die Kammer 114, die vorzugsweise aus Aluminium mit einer Nenndicke von 4,83 mm geformt ist, eine Schale auf der Temperatur des Sekundärkühlmittels, vorzugsweise flüssiger Stickstoff, bildet

Gemäß F i g. 2 sind zwei Lüftungs- und Füllrohre 130 und 130' für den Zugang zum Zentralreservoir nötig. Diese bestehen aus rostfreiem Stahl mit 153 mm innendurchmesser mit einer Wandstärke von 0,13 mm. Zwei solche Belüftungs- und Füllrohre 130 und 130' erscheinen in F i g. 1 und eine solche Struktur ist näher in F i g. 3 dargestellt Diese Belüftungs- und Füllstrukturen unterscheiden sich nur darin, daß ein elektrischer Anschluß 54 nur für Rohr 130 erforderlich ist. Das Rohr 130 (und 130') besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, um die Wärmeleitfähigkeit vom Flüssighelium-Reservoir zum Äußeren des Kryostaten zu minimieren. Das Rohr 130 wird durch koaxiale Rohre 132,134,136 und 138 abgeschirmt die jeweils Teil der betreffenden ineinandergeschachtelten Kammern 112,114,116 und 118 bilden. Ein Wärmeübertragungskragsn 133 (und 133', nicht dargestellt), vorzugsweise aus Aluminium, dient dazu. Wärme zum absiedenden Heliumdampf zu übertragen, der durch das Rohr 130 (und 130') strömt so daß die isothermische Schale 112 auf einer festen Temperatur gehalten wird.

Ein Strahlungsschirm 112 ist vorzugsweise aus Aluminium nach konventionellen Spinntechniken hergestellt und definiert eine isothermische Schale mit einer Temperatur zwischen der des Sekundärkühlmittels (flüssiger Stickstoff bei 77,4° K) und der des Primärkühlmittels (flüssiges Helium bei 4,2⁰K). Für Kombinationen für flüssigen Stickstoff und flüssiges Helium ist die Temperatur des Strahlungsschirms optimal bei etwa 50° K. Wärme wird zum Strahlungsschirm hauptsächlich durch Strahlung übertragen (und durch Leitung durch mechanische Verspanungseiiirichtungen, die noch beschrieben werden) und zwar vom Inneren der umgebenden Schale 114. und wird vom Strahlungsschirm 112 zum Heliumdampf in den Füll- und Belüftungsrohren 130 und 130' durch Aluminium-Kontaktkragen 133 bzw. 133' übertragen, die an die Füll- und Entladungsröhre 130 und 130' und an den Strahlungsschirm 112 angeschweißt sind Ein Wärmekontakt zwischen den Rohren 130 und 130' und den jeweiligen Kragen 133 und 133' erfolgt an einem Punkt, an dem etwa 10 mW thermische Energie vom Strahlungsschirm 112 dem entweichenden Heliumdampf zugeführt wird.

ίο Der Strahlungsschirm 112 ist in umgebende isothermische Schale 114 eingeschachtelt die durch geschweißten Kontakt mit Flüssigstickstoff-Reservoir 114' auf der Temperatur von flüssigem Stickstoff gehalten wird. Die Außenfläche des isothermischen Körpers 114-114' wird selbst durch einen äußeren Strahlungsschirm 116 abgeschirmt der auf einer Temperatur zwischen der von flüssigem Stickstoff und Zimmertemperatur gehalten wird, wie noch näher erläatert wird. Ein hermetisch dichtes Außengefäß 118 umschließt die Kryostarstruktur und sorgt für eine externe mechanische und Vakuum- Integrität

Mil Prallwänden versehene Öffnungen 135 und 137 sind in der dargestellten Weise in den Strahlungsschirmen 112 und 116 vorgesehen. Eine in ähnlicher Weise mit Prallwänden versehene Öffnung in Schale 114, im Schnitt ^;<i F i g. 2 nicht sichtbar, sorgt für eine Verbindung zwischen allen Innenräumen der ineinandergeschachtelten Struktur, so daß diese Innenräume auf einem gemeinsamen Druck durch Evakuieren durch öff- nung 120 gehalten werden.

Das Flüssigstickstoff-Reservoir 114' und die zugehörige Schale 114 werden effektiv durch Kühlung des äußeren Strahlungsschirms 116 auf eine Temperatur zwischen der von flüssigem Stickstoff und Umgebungstem- peratur isoliert Der Strahlungsschirm 116 wird vorzugsweise auf 173—183° K gehalten, indem ein Wärmetauscher, der später besprochen wird, im Rohr 145 vorgesehen wird, um den Wärmeaustausch zwischen dem äußeren Strahlungsschirm 116 und einer Hilfs-Küilein richtung 140 zu bewirken. Ein externer mechanischer Kühler hat sich als zweckmäßig für diesen Zweck erwiesen, (n F i g. 5 ist die Einrichtung, mit der die externe Kühleinrichtung mit dem Kryostaten gekoppelt ist, mit näheren Einzelheiten dargestellt.

Eine Zugangsöffnung 142 (F i g. 2) auf der Oberseite des Gefäßes 118 ist mit Rohr 143 hermetisch abgedichtet, das eine Tauchrohranordnung zum Wärmezugang zum äußeren Strahlungsschirm 116 trägt. Eine Außenwand 144 und ein inneres leitendes Rohr 144' für das

so Tauchrohr wird durch ein Rohr aus geringer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise rostfreiem Stahl gebildet und ein inneres Kontaktrohr 145 ist aus thermisch leitendem Rohrmaterial hergestellt das in einer Einzelwindung, dir· läi._fc's des Umfangs des Schirms 116 angeschweißt ist, mit dem äußeren Strahlungsschirm 116 verbunden ist Die Innen- und AuLenwände 144' und 144 sit.d hermetisch mit einem Endstopfen 144" verbunden. Die thermische Verbindung zwischen der Kühleinrichtung 140 und dem Strahlungsschirm 116 wird durch Einsatz des Käl tekopfes 147 (näher in F i g. 6 dargestellt) in das Kühl rohr 145 durchgeführt.

Der Kältekopf 147 besteht aus einem flexiblen Balgen 148 aus nickelplattiertem Messing- oder Kupferrohr mit einem Ende sowie einem Montageflansch 149 und ei nem koaxialen Kapil'arrohr 150. Kaltes Kühlmittel von der Kältemaschine 140 fließt durch die Kapillare 150 und kehrt längs der Außenseite der Kapillare 150 durch Öffnungen im Flansch 149 zurück. Die Balgenfalten sor-

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gen für eine große Kühlfläche und der Raum zwischen den Balgenfalten und der Innenwand des Kühlrohrs 144' ist mit einer Mischung von 90% Methanol und 10% Wasser gefüllt, um den Wärmeübergang zwischen dem Kühlrohr 144' und dem Kältekopf 147 zu erleichtern.

Stattdessen kann der Strahlungsschirm 116 auch auf 235° K dadurch gehalten werden, daß für einen Wärmeaustausch mit den entweichenden Helium- und Stickstoff-Dämpfen in ähnlicher Weise wie beim inneren Strahlungsschirm gesorgt wird. Bei einem Kryostaten, der aus wenigstens drei ineinandergeschachtelten Strukturen besteht, wobei die Zwischenräume zwischen diesen Strukturen evakuiert sind und die innerste der Strukturen aus einem thermisch widerstandsfähigen Rohr zur Verbindung mit dem äußeren des Kryostaten besteht und dazu geeignet ist, ein verflüssigtes Gas zu enthalten, besteht ein Verfahren, mit dem die Struktur, die den Flüssiggasbehälter eingrenzend umgibt, auf einer Temperatur zwischen der des Flüssiggasbehälters und der Temperatur der äußersten der Strukturen gehalten wird, darin, daß Dampf vom verflüssigten Gas erlaubt wird, durch das Entlüftungsrohr zu entweichen, und ein Wärmekontakt zwischen der Zwischenstruktur und dem Entlüftungsrohr hergestellt wird, der auf einen mittleren Bereich des Rohres eingeschränkt ist, so daß vom äußersten Körper auf den Schirm abgestrahlte Leistung in einen Bereich des Rohrs auf einer Zwischentemperatur übertragen wird, und diese Leistung mit dem entweichenden Dampf zum äußeren des Kryostaten zurückgeführt wird.

Fig.4 ist ein Schnitt durch eine Flüssigstickstoff-Be- und Entlüftungs-Rohreinheit 152. Ein thermisch nichtleitendes zentrales Füllrohr 153, vorzugsweise aus rostfreiem Stahlrohr von 0,13 mm Wandstärke, führt einen Wärmegradienten zwischen der Temperatur des Flüssigstickstoff-Reservoirs 114' von 77° K und einer Umgebungstemperatur über eine Distanz von etwa 57 mm. Dieses Rohr wird mit konzentrischen Rohren 154 und 155 abgeschirmt, die jeweils Stickstoff-Füllrohr-Schirmteile des Außenstrahlungsschirms 116 bzw. des Gefäßes 118 sind. Aluminium-Endkontaktrohre 156, die an das zentrale Füllrohr 153 angelötet sind, sorgen für Festigkeit und eine Fläche zum weiteren Anschweißen an Reservoir 1!4' und Außenschirmrohr 155. Ein thermisch leitender Kragen 157 berührt das zentrale Stickstoff-Füllrohr 153 an einem Punkt längs des Wärmegradienten, bei dem der Wärmeübergang vom äußeren Strahlungsschirm 116 auf flüssigen Stickstoff, der durch das zentrale Füllrohr 153 entweicht, ausreicht, um den äußeren Strahlungsschirm 116 auf einer gewünschten Temperatur zwischen der Temperatur von flüssigem Stickstoff und Umgebungstemperatur zu halten. In ähnlicher Weise ist das Helium-FüII- und Belüftungsrohr 130 (vergL F i g. 3) thermisch mit dem Flüssigstickstoff-Reservoir 114' über Wärmeübergangskragen 158 verbunden, und an einem Punkt längs des Wärmegradienten des Rohrs 130 sorgt ein weiterer Wärmekragen 159 für einen Wärmeübergangsweg vom äußeren Strahlungsschirm 116 zum Dampf, der durch das Rohr 130 entweicht. Die Temperatur des Wärmekontaktpunktes des Kragens 159 wird so ausgewählt, daß sie im wesentlichen gleich ist der des Kragens 157 am Stickstoff-Füll- und Belüftungsrohr 153. Ein zweites, nicht dargestelltes Helium-Füll- und Belüftungsrohr 130* sorgt für einen weiteren Wärmekontaktpunkt, dessen Details sich nicht von den oben beschriebenen unterscheiden. Auf diese Weise wird, zusätzlich zur Kühlung durch die Kältemaschine 140, der äußere Strahlungsschirm 116 exakt ana log zur Kühlung des Strahlungsschirms 112 in der oben beschriebenen Weise dampfgekühlt.

Das zentrale Reservoir 110, der Strahlungsschirm 112, das Flüssigstickstoff-Reservoir 114' und die Schale 114, s der äußere Strahlungsschirm 116 und das Behältergefäß 118 sind aus Aluminiumlegierung hergestellt, vorzugsweise Legierung 1100-0. Diese Legierung ist bekannt und kommerziell von verschiedenen Herstellern erhältlich. Nachdem die erwähnten Körper durch Spinnen ίο geformt sind, werden die inneren, benachbarten, zum anderen weisenden Oberflächen der jeweiligen Körper poliert und einer Oberflächenbehandlungstechnik unterworfen, die die Emissionsfähigkeit dieser Oberflächen um 35% erniedrigt. Auf diese Weise wird der Wärmetransport zum Flüssighelium-Zentralreservoir durch Strahlung drastisch reduziert

Die ineinandergeschachtelte Struktur eines Kryostaten, wie er durch die Erfindung gezeigt wird, erfordert eine interne mechanische Abstützung zur Aufrechter haltung der Zentrierung der Verschiedenen Schalen der koaxialen Ausfluchtungen und der dazwischen herrschenden engen Toleranzen. Es ist wichtig, daß die Koaxialrohre 111, 113, 115, 117 und 119, die die Bohrung für Zimmsi temperaturzugang bilden, präzise lokalisiert werden. Es ist gleicherweise wichtig, die ineinandergeschachtelte Struktur während des Versands des Gerätes festzuhalten, weil die thermisch-mechanischen Anforderungen an gewisse Bauteile eine gewisse mechanische Empfindlichkeit mit sich bringen. Es ist klar, daß irgend eine mechanische Halterung, die benachbarte Struktu ren verbindet, zwangsläufig einen Wärmeleitungsweg mit sich bringt, dementsprechend ist eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit notwendig. Darüber hinaus ist hohe Festigkeit erforderlich, um die erforderliche mechani sehe Halterung zu schaffen. Geflochtenes Polyesterseil wurde als ideales Material für diesen Zweck ermittelt, trotz der Präzision, die zur Ausfluchtung der Komponenten des Kryoststen benötigt wird. Aus F i g. 3 ist erkennbar, daß benachbarte Elemente der ineinandergeschachtelten Strukturen 110, 112, 114 und 114', 116 und 118 über Polyesterseil-Zentrierspcichen gehaltert werden. Im Interesse der Klarheit wird nur eine repräsentative Speiche 160 näher beschrieben. Die Speiche selbst ist aus Polyesterseil hergestellt, vor zugsweise aus geflochtenem Dacron. Die Festigkeit und der Parameter Wärmeleitfähigkeit dieses Materials sind bekannt und zeigen das höchste bekannte Verhältnis Festigkeit/Wärmeleitfähigkeit An jedem Ende wird eine Schleife gebildet, die mit der laufenden Länge des Seils durch Aluminiumhülsen 162 verbunden ist. Eine der so gebildeten Schleifen ist an einem Augboben 164 befestigt, der an einem der benachbarten Schalenpaarc befestigt ist, und die andere Schleife umgreift einen Seilbremspfosten oder Poller 166, der an die andere benach- barte Schale geschweißt ist Diese Polyesterspeichen sind in regelmäßigen Abständen von etwa 120° um die Achse der Bohrung 3 angeordnet

Der repräsentative Abstand zwischen benachbarten koaxialen Bohrungsrohren 111-113, 113-115, 115-117 und 117-119 reicht von 4,52 mm bis 4,06 mm für das Bohrungsrohrpaar mit dem größten bzw. kleinsten Abstand; es ist erwünscht, diese Bohrungsrohre mit einer Genauigkeit erheblich besser als 0,76 mm koaxial zueinander und zur Spuleneinheit 50 zu halten. Das ist mit den erwähnten Polyesterspeichen erreicht worden, wodurch sich eine zusätzliche Verbesserung in den Versandeigenschaften der Vorrichtung bei Zimmertemperatur ergab. Speichen aus rostfreiem Stahl, die richtig

dimensioniert sind für Betriebsbedingungen im Temperaturbereich von flüssigem Helium und flüssigem Stickstoff befinden sich bei Zimmertemperatur unter erheblicher Zugspannung. Solche steifen Speichen, die eine thermische Leitfähigkeit vergleichbar mit den Speichen nach der Erfindung zeigen würden, sind außerordentlich empfindlich für Ausfälle durch Schock und Vibration. Im Cjcgcnsatz dazu zeigen die spannungsbelasteten PoIyesters^K-ichen nach der Erfindung einen Grad Streckung bei Zimmertemperatur während des Versands. Die Bohrungsrohre können sich auf diese Weise bei seitlichem Schock und Vibrationen berühren. Für Ve/^andzwecke verhindert ein mit Gleitsitz in die Zentralbohrung eingesetzter Kern eine permanente Verformung der verschiedenen koaxialen Bohrungsrohre bei Kollision. is

Eine präzise Lage der Komponenten wird durch das Verhalten der Dehnungskoeffizienten des Speichenmaterials nach der Erfindung im Temperaturbereich von flüssigem Helium bis Umgebungstemperatur erleichtert. Als Resultat der Erfindung wurde festgestellt, daß der Dehnungskoeffizient des interessierenden Materials, der bis zu —25° C sich normal verhält, in anomaler Weise das Vorzeichen wechselt und das Material sich dehnt, wenn die Temperatur weiter reduziert wird. Auf diese Weise wird eine sehr geringe Netto-Wärmedehnung für dieses Material erreicht.

Der Kryostat nach der bevorzugten Ausführungsform bringt eine sehr erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich des Kühlmittelverbrauchs. Beispielsweise beläuft sich die Absiederate an flüssigem Helium für einen bekannten Kryostaten auf 3.,cm³/hr, während die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine gemessene Absiederate von etwa 6 cm-Vhr zeigt. Die niedrige Absiederate in Verbindung mit der Geometrie des Zentralreservoirs 110 ergibt eine verlängerte mittlere Zeit zwischen Nachfüllungen an flüssigem Helium von etwa 120 Tagen, wobei etwa 20,5 I flüssiges Helium verbraucht werden. Ein supraleitendes Spektrometer für die magnetische Kernresonanz mit einem Magneten vergleichbarer Charakteristiken erfordert eine Flüssighelium-Nachfüllung in Intervallen von S- Tagen und verbraucht etwa 86,4 1 flüssiges Helium in der gleichen Zeitspanne von 120 Tagen.

Die verlängerte mittlere Zeit zwischen dem Füllen des Zentralreservoirs 110 wird teilweise dadurch erreicht, daß das Reservoir 110 eine im wesentlichen sphärische Form hat. Erfindungsgemäß wird das Zentralreservoir 110 aus Aluminium von einer solchen Stärke gefertigt, daß der Wärmegradient von der Oberseite zum Boden des Zentralreservoirs (aufgrund von Warmc, die die Füll- und Belüftungsrohre 130 und 130' hinabgeleitet wird und durch Strahlung vom Schirm 112 kommt) so reduziert ist, daß das Reservoir 110 isothermisch ist, unabhängig vom Spiegel des flüssigen Heliums, das darin enthalten ist Es wurde festgestellt, daß es in diesem Reservoir zugelassen werden kann, daß der Flüssighelium-Spiegel weit unter die Oberkante der supraleitenden Spule fällt, ohne daß der Betrieb der Spule ungünstig beeinflußt wird. Die Solenoideinheit 50, die eine Länge von etwa 25,4 cm hat, wurde zufriedenstellend betrieben, wenn der Flüssighelium-Spiegel auf etwa 7,5 cm im Reservoir 110 abgesunken war, so daß etwa 18 cm der Spuleneinheit 50 freilagen.

Für das Kühlmittel flüssiger Stickstoff ist die Verbrauchsrate ebenfalls reduziert und das mittlere Intervall zwischen Nachfüllungen verlängert Die Flüssigstickstoff-Absiederate wird bei der bevorzugten Ausführungsform, bei der der äußere Strahlungsschirm auf 173—183°K abgekühlt wird, zu etwa 20cm-Vhr gemessen. Wenn das Flüssigstickstoff-Reservoir gegen Umgebungstemperatur ohne den Vorteil der Kühlung des Strahlungsschirms mittels der Kältemaschine 140 gekühlt wird, so daß seine Temperatur etwa 235° K wird, steigt die Flüssigstickstoff-Absiederate auf 80cmVhr und würde ohne Abschirmung auf 160cmVhr steigen. Der äußere Strahlungsschirm, der auf die oben erwähnte bevorzugte Temperatur abgekühlt ist, reduziert den Wärmeübergang zum Flüssigstickstoff-Reservoir 114' durch Strahlung um etwa 88% im Vergleich mit einem ungeschirmten Reservoir. Das ist eine Konsequenz des Stefan-Boltzmann'schen Strahlungsgesetzes, das sagt, daß die pro Zeiteinheit von einem emittierenden Körper abgestrahlte (oder absorbierte) Energie proportional der Differenz der vierten Potenzen der absoluten Temperaturen der strahlenden (absorbierenden) Körper und der ihrer Umgebungen ist.

Der erfindungsgemäße Kryostat ist anhand einer Ausführungsform beschrieben worden, in der ein mit flüssigem Helium gekühlter supraleitender Magnet für ein Spektrometer für die gyromagnetische Kernresonanz mit Flüssigstickstoff abgeschirmt ist. Die Erfindung überschreitet jedoch die spezielle Anwendung und Verwendung spezieller Kühlmittel. Der Beitrag der Erfindung kann auch bei Kryostaten angewandt werden, die Geräte aufnehmen, wie sie zur Anwendung einer Vielzahl von Tieftemperaturphänomena benutzt werden, und bei anderen supraleitenden Einrichtungen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der äu- Patentansprüche: ßere Strahlungsschirm mit einer Kältemaschine wärmeleitend verbunden. Vorzugsweise besteht diese wärme-

1. Kryostat mit einem Zentralbehälter für ein ver- leitende Verbindung zwischen der Kältemaschine und flüssigtes Gas, insbesondere Helium, der von einer 5 dem äußeren Strahlungsschirm aus einem Tauchrohr. Schale umgeben ist, die auf der Temperatur eines Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist zweiten verflüssigten Gases, insbesondere Stick- der äußere Strahlungsschirm mit einem Entlüftungsrohr stoff, das einen höheren Siedepunkt hat als das im für den Zentralbehälter an einer Stelle wärmeleitend Zentralbehälter befindliche, gehalten wird, einer die- verbunden, bei der der Wärmeübergang vom äußeren se Schale umschließenden Außenschale und einem 10 Strahlungsschirm auf durch das Entlüftungsrohr entweiauf Raumtemperatur befindlichen Gefäß, das die chenden Dampf des im Zentralbehälter befindlichen Außenschale umgibt, dadurch gekennzeich- verflüssigten Gases ausreicht, um den äußeren Strahnet, daß die Außenschale als äußerer Strahlungs- lungsschirm auf der gewünschten Temperatur zu halten, schirm (116) ausgebildet und vollständig innerhalb Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, daß die desauf Raumtemperatur befindlichen Gefäßes (118) 15 Verwendung mehrerer Strahlungsschirme bereits beangeordnet ist, und daß der äußere Strahlungs- kannt ist (beispielsweise GB-PS 12 10 624) aber nicht in schirm (116) mit einer Kältemaschine (140) wärme- Verbindung mit einem Kryostaten mit zwei unterleitend verbunden ist, mit der er auf einer Tempera- schiedlichen verflüssigten Gasen, also gerade der Kerntur zwischen der des zweiten verflüssigten Gases gedanke der Erfindung nicht bekannt ist.

und Raumtemperatur gehalten wird. 20 Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erge-

2. Kryes&t nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ben sich aus der folgenden Beschreibung inVerbindung zeichnet, daß die wärmeleitende Verbindung zwi- mit der Zeichnung; es zeigt

sehen Kältemaschine (140) und äußerem Strahlungs- F i g. 1 ein Schema eines Spektrometersystems für die

schirm (116) aus einem Tauchrohr (144,144') besteht magnetische Kernresonanz, in dem die Erfindung ver-

3. Kryostat mit einem Zentralbehälter für ein ver- 25 wirklicht ist;

flüssigtes Gas, insbesondere Helium, der von einer F i g. 2 eine Aufsicht auf den Kryostaten nach der be-

Schale umgeben ist, die auf <ier Temperatur eines vorzugten Ausführu*igsfonn;

zweiten verflüssigten Gases, insbesondere Stick- F i g. 3 einen Schnitt durch den Kryostaten entspre-

stoff, das einen höheren Siedepunkt hat als das im chend Linie 3-3 in F i g. 2;

Zentralbehälter befindliche, gehalten wird, einer die- 30 F ig. 4 einen Schnitt entsprechend der Linie 4-4 in

se Schale umschließenden Außenschale und einem F i g. 2;

auf Raumtemperatur befindlichen Gefäß, das die Fig.5 einen Schnitt entsprechend der Linie 5-5 in

Außenschale umgibt, dadurc gekennzeichnet, daß F i g. 2; und

die Außenschale als äuPerer Strahlungsschirm (116) Fig.6 den Kältekopf zur thermischen Verbindung

ausgebildet und vollständig inn- »halb des auf Raum- 35 zur Kühleinrichtung.

temperatur befindlichen Gefäßes (118) angeordnet Ein supraleitendes Spektrometersystem für die ma-

ist, und daß der äußere Strahiungsschirm (ί Ϊ6) mit gneiische Kernresonanz verwendet einen Kryostaten i,

einem Er.tlüftungsrohr (130) für den Zentralbehälter der einen Zimmertemperaturzugang zum Magnetfeld

(110) an einer Stelle wärmeleitend verbunden ist, bei aufweist, das innerhalb des Kryostaten 1 in einer noch

der der Wärmeübergang vom äußeren Strahlungs- 40 näher beschriebenen Weise erzeug* «vird. Eine Sonde 5,

schirm (116) auf durch das Entlüftungsrohr (130) ent- die eine Probe 7 enthält, wird zur Untersuchung durch

weichenden Dampf des im Zentralbehälter (110) be- eine Bohrung 3 eingeführt Ein Sender 9, ein Empfänger

findlichen verflüssigten Gases ausreicht, um den au- 11 und eine Steuereinheit 13 sowie eine Datenverarbei-

ßeren Strahlungsschirm (116) auf einer Temperatur tungseinheit 15 und eine Anzeigeeinrichtung 17 bilden

zwischen der des zweiten verflüssigten Gases und 45 das komplette Spektrometer (abgesehen von Stromver-

Raumtemperatur zu halten. sorgungssystemen zur Einleitung von Persistenzströ-

men für den Magneten).

F i g. 2 zeigt eine Aufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform des Kryostaten 1 nach der Erfindung. Eine ίο Bohrung 3 erlaubt einen Zimmertemperaturzugang

Die Erfindung betrifft einen Kryostaten nach dem zum Magnetfeld, das durch die Vorrichtungen innerhalb

Oberbegriff der Ansprüche 1 oder 3. des Kryostaten 1 in der später beschriebenen Weise

Ein solcher Kryostat ist bekannt (US-PS 31 19 238); erzeugt wird.

vergleichbare Kryostatkonstruktionen sind ebenfalls Gemäß F i g. 3 enthält der Kryostat 1 eine supraleibekannt (US-PS 33 64 687 und GB-PS 13 60 060). 55 tende Spuleneinheit 50 innerhalb eines Zentralreser-Bei der bekannten Konstruktion ist die Außenschale voirs 110. Das ReservoirllO enthält ein Primärkühlmitnicht vollständig innerhalb des auf Raumtemperatur be- tel, vorzugsweise flüssiges Helium, um den supraleitenfindlichen Gefäßes angeordnet und überdies mit diesem den Zustand der die Solenoideinheit 50 bildenden Wickwärmeleitend verbunden, so daß sich die Außenschale lungen aufrechtzuerhalten. Leitungen von den Spulenebenfalls auf Raumtemperatur befindet und deshalb zur 60 wicklungen, allgemein mit 52 bezeichnet, laufen in ei-Wärmeisolation nicht beiträgt. nem Anschluß 54 zum Anschluß an externe Stromquel-Aufgabe der Erfindung ist es, diesen bekannten Kry- len aus, die in noch zu beschreibender Weise eingeführt ostaten derart weiterzubilden, daß die Wärmeisolation werden. Zusätzliche Schaltungen bestehend aus Pcrsiverbessert wird. stenzschaStern zur Steuerung von Übergängen zwi-Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merk- 65 sehen dem normalleitenden und dem supraleitenden Zumalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruchs 1 bzw. stand für ausgewählte Wicklungen sind ebenfalls vorgemit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des An- sehen, solche Zusatzschaltungen sind bekannt und brauspruchs 3 gelöst. chen deshalb hier nicht näher erläutert zu werden.