DE3046458A1 - Refrigerator-kryostat - Google Patents
Refrigerator-kryostatInfo
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- DE3046458A1 DE3046458A1 DE19803046458 DE3046458A DE3046458A1 DE 3046458 A1 DE3046458 A1 DE 3046458A1 DE 19803046458 DE19803046458 DE 19803046458 DE 3046458 A DE3046458 A DE 3046458A DE 3046458 A1 DE3046458 A1 DE 3046458A1
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B37/00—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
- F04B37/06—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means
- F04B37/08—Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for evacuating by thermal means by condensing or freezing, e.g. cryogenic pumps
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Description
80.027
LEYBOLD-HERAEUS GMBH Köln-Bayental
Reirigorator-Kryostat
Unter oinoin Kryostaton wird eine Einrichtung verstanden,
1^ welche die Einstellung und Aufrechterhaltung beliebiger
Temperaturen im Bereich von T<10 K bis etwa T = 350 K erlaubt. Dabei setzt sich immer mehr durch, zur Kälteerzeugung
Refrigeratoren zu verwenden. Refrigeratoren sind Kältemaschinen mit mindestens je einem Kolben und einem
Zylinder. Der Zylinder wird in bestimmter Weise alternierend mit einer Hochdruck- und einer Niederdruckgasquelle verbunden,
so daß während der Hin- und Herbewegung des Kolbens ein thermodynamischer Kreisprozeß (Stirling-Prozeß,
Gifford/McMahon-Prozeß usw.) abläuft, wobei das Arbeitsgas
in einem geschlossenen Kreislauf geführt werden kann. Die Folge ist, daß einem bestimmten Bereich des Zylinders Wärme
entzogen wird. Mit zweistufigen Refrigeratoren dieser Art und Helium als Arbeitsgas lassen sich z. B. Temperaturen bis
unter 10 K erzeugen.
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25
Bei bekannten Kryostaten mit zweistufigerfielium-Refrigeratoren
kühlt die zweite Stufe des Refrigerator-Kaltkopfes die Probe und die erste Stufe einen Strahlungsschutz, der die zweite
Stufe mit der darauf gehalterten Probe möglichst vollständig umgibt. Die reproduzierbare Einstellung beliebiger Temperaturen
im Bereich von 10 K bis etwa 350 K an der Probe wird durch entsprechendes elektrisches Heizen der zweiten Stufe
erreicht.
Um die mit einem Refrigerator erzielbare tiefste Temperatur von weniger 10 K zu erreichen, muß der Druck im Gehäuse des
Kryostaten kleiner 10 mbar betragen. Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung dieses Isoliervakuums wird im allgemeinen
/3
eine Hochvakuumpumpe (Diffusionspumpe, Turbomolekularpumpe
5 oder Ionenzerstäuberpumpe) verwendet. Zum Betrieb dieser
Pumpen sind zusätzlich Vorpumpen unerläßlich. Dieser
relativ hohe Aufwand für die Vakuumerzeugung im Kryostatgehäuse ist u. a. auch deshalb erforderlich, damit von der Probe und/oder von der zweiten Stufe des Refrigerators bei höheren Temperaturen abdampfende Gase sich nicht wieder auf der Probe anlagern und diese verschmutzen, wenn die Temperatur der Probe wieder erniedrigt wird.
Pumpen sind zusätzlich Vorpumpen unerläßlich. Dieser
relativ hohe Aufwand für die Vakuumerzeugung im Kryostatgehäuse ist u. a. auch deshalb erforderlich, damit von der Probe und/oder von der zweiten Stufe des Refrigerators bei höheren Temperaturen abdampfende Gase sich nicht wieder auf der Probe anlagern und diese verschmutzen, wenn die Temperatur der Probe wieder erniedrigt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Refrigerator-Kryostaten mit einem zweistufigen Kaltkopf zu schaffen, bei dem auf ein aufwendiges System zur Erzeugung
des Isdliervakuums verzichtet werden kann, ohne daß die
Gefahr der Verschmutzung der gekühlten Probe besteht.
Gefahr der Verschmutzung der gekühlten Probe besteht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die erste Stufe des Kaltkopfes des Refrigerators mit einer
Pumpfläche ausgerüstet ist. Diese Pumpfläche wirkt als
Kryo-Kondensations- und/oder als Kryo-Sorptionspumpe, so daß die externe Hochvakuumpumpe entfallen kann. Es genügt, wenn zur Vorevakuierung eine mechanische Vakuumpumpe vorhanden ist, Zweckmäßigerweise dient die zweite Kaltstufe der Halterung der Probe und der Einstellung variabler tiefer Temperaturen, während die erste Kaltstufe mit der Pumpfläche ausgerüstet ist. Die erste Stufe eines Refrigerators nimmt während des Betriebs in der Regel eine im wesentlichen konstant bleibende Temperatur von 40 bis 60 K an, und zwar unabhängig von der Temperatur der zweiten Stufe. Bei dieser Temperatur können Gase wie CH., N„ usw. an der Pumpfläche durch Sorption
Pumpfläche ausgerüstet ist. Diese Pumpfläche wirkt als
Kryo-Kondensations- und/oder als Kryo-Sorptionspumpe, so daß die externe Hochvakuumpumpe entfallen kann. Es genügt, wenn zur Vorevakuierung eine mechanische Vakuumpumpe vorhanden ist, Zweckmäßigerweise dient die zweite Kaltstufe der Halterung der Probe und der Einstellung variabler tiefer Temperaturen, während die erste Kaltstufe mit der Pumpfläche ausgerüstet ist. Die erste Stufe eines Refrigerators nimmt während des Betriebs in der Regel eine im wesentlichen konstant bleibende Temperatur von 40 bis 60 K an, und zwar unabhängig von der Temperatur der zweiten Stufe. Bei dieser Temperatur können Gase wie CH., N„ usw. an der Pumpfläche durch Sorption
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gebunden werden. Drücke im 10 mbar-Bereich können
gebunden werden. Drücke im 10 mbar-Bereich können
dadurch aufrechterhalten werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen
anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Als Ausführungsbeispiel wurde ein
anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Als Ausführungsbeispiel wurde ein
Refrigerator-Kryostat 1 mit einem zweistufigen Refrigerator
gewählt, der in einem Gehäuse untergebracht ist. Im unteren Teil 3 des Gehäuses sind in nicht näher dargestellter Weise
an sich bekannte Antriebsvorrichtungen für den Refrigerator-Kaltkopf untergebracht. Ihre Stromversorgung erfolgt über
das Anschlußkabel 4. Am unteren Gehäuseteil 3 sind außerdem die Anschlußstutzen 5 und 6 für die Zu- und Abfuhr des
Arbeitsgases vorgesehen. Schließlich trägt der untere Gehäuseteil eine Temperaturanzeige 7 für die Temperatur der
zweiten Stufe. Der eigentliche zweistufige Kaltkopf 10 des Refrigerators befindet sich in den Gehäuseteilen 8 und 13.
Im mittleren, mit 8 bezeichneten Gehäuseteil befindet sich
*
die erste Stufe 9 des Kaltkopfes 10 des Refrigerators.
die erste Stufe 9 des Kaltkopfes 10 des Refrigerators.
In diesem Bereich ist das Ausführungsbeispiel als Schnitt dargestellt. Dadurch sind die zylindrischen Abschnitte 11
und 12 des Kaltkopfes 10 des Refrigerators sichtbar, in
denen sich die Verdränger der ersten bzw. zweiten Stufe des zweistufigen Refrigerators befinden. Der obere Teil 13 des
. Kryostaten-Gehäuses ist wieder geschlossen dargestellt.
In diesem Bereich befindet sich die zweite Stufe des Refrigerators,
auf der die Probe in nicht näher dargestellter, an sich bekannter Weise gehaltert ist. In Höhe der Probe ist
der Gehäuseteil 13 mit demontierbaren Fenstern 14 versehen,
so daß die Probe einerseits beobachtbar ist.
Die sichtbare erste Stufe 9 des Refrigerators weist einen
Flansch 16 auf, auf dem ein weiterer Flansch 17 befestigt
ist, der eine zylindrische Abschirmung 18 für die Probe trägt. Zusätzlich ist die erste Stufe 9 des Refrigerators
mit einer Pumpfläche 19 ausgerüstet, die im wesentlichen
aus einem zylindrisch geformten Kupferblech besteht, das über 35
vier abgeknickte Laschen 20 ebenfalls am Flansch 16
befestigt ist, so daß ein guter Wärmekontakt zur ersten Stufe
besteht. Die Pumpfläche 19 ist auf ihrer Außenseite
Λ _. .„_ ORIGINAL INSPECTED
hochglanzvernickelt und innen, zur ersten Stufe hin, mit 5
mehreren Gramm Aktivkohle belegt. Bei gekühlter erster
Stufe dient die Außenseite des Blechs als Kryokondensationspumpe und die Innenseite als Kryosorptionspumpe.
In Figur 2 ist die Pumpfläche 19 nochmals abgewickelt
dargestellt. Das Blech ist einseitig mit Aktivkohle belegt. Die Länge der Laschen 20 ist so gewählt, daß zwischen dem
Außenrand des Flansches 16 und dem zylindrischen Abschnitt öffnungen für den Durchtritt der Gase vorhanden sind.
-I5 Die erste Stufe? 9 des Refrigerators ist zusätzlich noch mit
einer Heizungsmanschette 21 ausgerüstet. Diese Heizung wird nur dann eingeschaltet, wenn ein Regenerieren der
Sorptionsflächen erforderlich ist.
Die Zufuhr der Heizenergie erfolgt in nicht näher dargestellter Weise über eine mit 22 bezeichnete, vakuumdichte
elektrische Durchführung. Über diese Durchführung wird auch
die nicht sichtbare zweite Stufe in an sich bekannter Weise mit Heizstrom versorgt, um die Temperatur der Probe auf die
gewünschten Werrte einstellen zu können.
;
Wogen doB vorh^ndenBoin« der SorpLJ ons Γ lochen 1') im Bore U-Ii
der ersten Stufe 9 des Refrigerators genügt es, wenn der Anschlußstutzen; 23 am mittleren Gehäuseteil 8 lediglich mit
einer Vorvakuumpumpe 24 verbunden ist. Diese dient nur zur Vorevakuierung ;<äes Gehäuses vor und während des Abkühlens
des Refrigerators, Sie kann vom Gehäuse getrennt werden, wenn nach Abkühlung des Refrigerator-Kaltkopfes der Druck
-2
etwa 10 mbar unterschreitet. Die Sorptionsfläche 19
■~5
bewirkt danach/= daß Drücke im 10 mbar-Bereich erzeugt und aufrechterhalten werden können. Selbst bei Einstellung höherer Temperaturen an der zweiten Stufe von bis zu 350 K bleibt der Druck im Gehäuse immer bei hinreichend niedrigen Werten. Wie lange dieser niedrige Druck aufrechterhalten werden kann, hiinyt ab von der Kapazität der Aktivkohle.
bewirkt danach/= daß Drücke im 10 mbar-Bereich erzeugt und aufrechterhalten werden können. Selbst bei Einstellung höherer Temperaturen an der zweiten Stufe von bis zu 350 K bleibt der Druck im Gehäuse immer bei hinreichend niedrigen Werten. Wie lange dieser niedrige Druck aufrechterhalten werden kann, hiinyt ab von der Kapazität der Aktivkohle.
\ /6
BAD
-tf-S
Die Kapazität von etwa 5 bis IO g Aktivkohle reicht für
einen mehrtägigen Experimentierbetrieb aus und muß erst dann einer Regeneration unterzogen werden.·
Claims (6)
- 80.027LEYBOLD-HERAEUS GMBH KoIn-BayentalRe friqeratοι—KryostatANSPRÜCHERefrigerator-Kryostat mit einem in einem Gehäuse angeordneten, auf tiefe Temperaturen einstellbaren zweistufigen Kaltkopf, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe (9) des Kaltkopfes (10) mit einer Pumpfläche (19) ausgerüstet ist.
- 2. Ref»igerator-Kryostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Stufe auf variable Temperaturen einstellbar ist und daß dieerste Stufe (9) mit der Pumpflache (19) avif eine während ondes Betriebs im wesentlichen konstant bleibende Temperatur einstellbar ist.'
- 3. Refrigerator-Kryostat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpfläche (19) von einem zylindrisch geformten Blechabschnitt gebildet wird.
- 4. Refrigerator-Kryostat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpflache (19) über abgeknickte Laschen (20) mit der ersten Stufe desKaltkopfes (10) verbunden ist.
- 5. Refrigerator-Kryostat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß diePumpflache (19) aus einem Kupferblech besteht, das außen 35hochglanzvernickelt und innen mit Aktivkohle belegt ist.
- 6. Refrigerator-Kryostat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Pumpfläche (19) eine Heizvorrichtung(21) angeordnet ist. /0BAD ORfGfNAL
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DE19803046458 DE3046458A1 (de) | 1980-12-10 | 1980-12-10 | Refrigerator-kryostat |
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DE19803046458 DE3046458A1 (de) | 1980-12-10 | 1980-12-10 | Refrigerator-kryostat |
Publications (1)
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DE3046458A1 true DE3046458A1 (de) | 1982-07-15 |
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Family Applications (1)
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Country Status (3)
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