DE3433605C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsschild für Kryostaten oder für elektrische Bauteile.

Aus der Praxis sind sogenannte Strahlungsschilde bekannt, welche zum thermischen Schutz von temperaturempfindlichen Geräten (z.B. Heliumkryostaten) verwendet werden. Diese Strahlungsschilde bestehen aus einzelnen aneinandergefügten metallischen Blechen oder aus auf einer Kunststoffolie, z.B. einer Polyesterfolie aufgedampften, z.B. metallischen Schichten (sogenannte Superisolation).

So ist z.B. aus der DE-AS 19 36 609 eine Leitung für kryo­ gene Flüssigkeiten bekannt, die ein Strahlungsschild aus Folien aufweist.

Aus der DE-PS 23 34 948 ist eine Wärmeisolierung bekannt, bei der zur Erhöhung der Strahlungsabschirmung ebenfalls Folien verwendet werden. Zusätzlich dazu sind dort dünne Drähte oder Fäden aus Metall vorgesehen, die regellos an­ geordnet sind.

Nachteilig ist bei Verwendung von Blechen, Folien oder dünnen Blechstreifen, daß eine elektromagnetische Beein­ flussung hervorgerufen wird und bei Verwendung von aufge­ dampften Schichten eine ausreichende Wärmeableitung (z.B. für eine Abgaskühlung) wegen ihres zu geringen Querschnitts nicht vorhanden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Strahlungsschild zu schaffen, der eine gute Kühlfähigkeit aufweist und mit dem im Tieftemperaturbereich eine gute Wärmeableitung erzielt wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Strahlungsschild mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorge­ schlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Der Vorteil der Erfindung besteht in elektromagnetischer Störungsfreiheit, verbunden mit einer guten Wärmeableitung, welche durch Anordnung von zahlreichen extrem dünnen und gegenseitig isolierten Drähten aus einem hochwärmeleit­ fähigen Material erzielt wird. Das hierzu verwendete Mate­ rial besteht aus einem metallischen Leiter, wie z.B. Alumi­ nium, Kupfer oder geglühtem Silber. Vorteilhaft ist ferner die flexible Formgestaltung bei Verwendung von beispiels­ weise beweglichen Komponenten von Kryostaten bei Tieftempe­ raturen. Damit ist z.B. ein Einsatz von Kryostaten oder wärmeisolierenden Umhüllungen mit variabler Geometrie für SQUID-Systeme im biomagnetischen Bereich, für IR-Sensoren und in der Raum­ fahrt möglich. Auch besteht ein besonderer Vorteil darin, daß durch Anordnung von supraleitenden Drähten zwischen den litzenartigen Drähten, z.B. die Herstellung von steck­ baren, flexiblen Kühlarmen möglich ist, welche besonders bei Kryosystemen für SQUID′s in der Medizintechnik interessant sind.

Zwei Ausführungsbeispiele sind folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen mit flüssigem Helium gefüllten und mit einem Strahlungsschild umgebenen Behälter,

Fig. 2 einen Querschnitt des in das Rohr übergehenden Strahlungsschildes gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Strahlungsschild gemäß Fig. 1,

Fig. 4 einen Kühlarm mit Strahlungsschild für supra­ leitende Drähte und Spulen,

Fig. 5 eine Ansicht der im Kühlarm 12 befestigten Kühl­ leitung 16 der Fig. 4 mit supraleitenden Spulen­ drähten und

Fig. 6 eine Ansicht des von Kühldrähten und einem weiteren Kühlschild umgebenen Spulenträgers mit supraleiten­ den Drähten gemäß Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein mit flüssigem Helium 1 gefüllter und mit einem Strahlungsschild 2 umgebener, mit einer Kryostat­ innenwand 3 und einer Außenwand 4 versehener Behälter 5 er­ sichtlich. Der die Wärmestrahlung 6 aufnehmende und als Kühlschild wirkende Strahlungsschild 2 leitet die Wärme an die Übergangsstelle 7, an welcher die einzelnen, gegenein­ ander isolierten, litzenartigen Drähte 8 des Strahlungs­ schildes 2 in das Gewebe 9 des an die Kryostatinnenwand 3 angeschlossenen Rohres 10 (z.B. aus GFK) übergehen (siehe auch in Fig. 2 mit Querschnitt). Die Drähte 8 sind mit dem Material der Kryostateninnenwand 3 und dem daran angeschlos­ senen Rohr 10 innig verbunden und reichen bis auf dessen Innenseite (auch Fig. 2). Die Kühlung der Drähte 8 erfolgt hier durch das verdampfende, aufsteigende und an der Innen­ wand des Rohres 10 vorbeiströmende Helium 1 (siehe Pfeile in Fig. 1 und 2).

Fig. 2 zeigt die Übergangsstelle 7 der Fig. 1 in Vergrö­ ßerung. Die Drähte 8 liegen in mehreren Schichten 17, wie es der Schnitt rechts in der Fig. 2 zeigt.

Aus dem in Fig. 3 gezeigten Schnitt sind die einzelnen Drähte 8 ersichtlich, aus denen der Strahlungsschild 2 be­ steht. Die einzelnen Drähte 8 bestehen aus einem hochwärme­ leitenden Material (z.B. Aluminium, Kupfer oder geglühtes Silber) und sind gegeneinander durch eine Isolationsschicht 11 tieftemperaturbeständig und elektrisch isoliert. Die Drähte 8 können, wie Fig. 2, 3 und 5 zeigen, in mehreren Schichten 17 angeordnet sein.

Aus Fig. 4 ist ein Kühlarm 12 mit einer Kühlleitung 16 er­ sichtlich, welcher supraleitende Spulendrähte 14 und eine damit verbundene Anordnung einer Spule 13 enthält. Die von der Spule 13 wegführenden supraleitenden Spulendrähte 14 tauchen in das im Kryostaten enthaltene flüssige Helium 1. Die Spulendrähte 14 sind von den als Strahlungsschild 2 wirkenden Drähten 8 umgeben, welche an die Innenseite der Kryostatinnenwand 3 führen und dort mit dem flüssigen Helium 1 in Kontakt stehen. Die inneren Drähte 8 und 14 sind von einem zapfenförmig verlängerten Strahlungsschild 2′ umgeben, das ebenfalls aus Drähten 8 gebildet ist und nach innen auf den ersten Teil der Drähte 8 und nach außen auf die dazu entsprechend verformte Außenwand 4 durch Abstandshalter 15 abgestützt ist. Die Spule 13 und die Spulendrähte 14 sind also von zwei ineinanderliegenden erfindungsgemäßen Kühl­ schilden 2, 2′ umgeben. Der Kühlarm 12 kann beliebig geformt sein und kann auch bei tiefen Temperaturen beweglich sein.

Die Fig. 5 zeigt eine Ansicht mit Schnitt durch die aus den Drähten 8 und den Spulendrähten 14 gebildete Kühlleitung 16, die sich im Inneren des Kühlarms 12 befindet, wie sie sich in unmittelbarer Nähe der Kryostatinnenwand 3 darstellt (Fig. 4).

Die Fig. 6 zeigt in vergrößerter Darstellung die Spule 13 mit ihren Drähten 14, die sie umgebenden, als erstes, küh­ lendes Strahlungsschild 2 wirkenden Drähte 8 und die Ab­ standshalter 15, die das zweite Strahlungsschild 2′, das ebenfalls aus Drähten 8 gebildet ist, halten.

Claims (15)

1. Strahlungsschild (2) für Kryostaten oder für elektrische Bauteile mit einzelnen, extrem dünnen, gegenseitig iso­ lierten in Schichten angeordneten Drähten (8) aus hoch­ wärmeleitfähigem Material.

2. Strahlungsschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (8) so dünn und so angeordnet sind, daß sie nahezu im gesamten NF-Frequenzbereich keine oder nahe­ zu keine Wirbelströme und Wirbelstromverluste aufweisen.

3. Strahlungsschild nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (8) keine geschlossenen Leiterschleifen bilden.

4. Strahlungsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (8) aus Aluminium, Kupfer oder geglühtem Silber bestehen.

5. Strahlungsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er ein aus den Drähten (8) ausgebilde­ tes ebenes, rohrförmiges oder verseiltes Gewebe, Gewirke oder Geflecht ist.

6. Strahlungsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er ganz oder teilweise aus einem tra­ genden Faserverbundwerkstoff besteht und die einzelnen Drähte (8) in einem Matrixwerkstoff (z.B. Epoxydharz oder Polyethylen) eingebunden sind.

7. Strahlungsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mehreren ineinanderliegenden Schilden besteht und/oder daß mehrere Strahlungsschilde (2) miteinander so verbunden sind (z.B. durch Kleben), daß die Wärmeableitung von einem Strahlungsschild (2) zum anderen erfolgt.

8. Strahlungsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (8) des Strahlungsschilds (2) nach Art einer HF-Litze zahlenmäßig so angeordnet sind, daß ein für die Wärmeableitung notwendiger Materialquer­ schnitt vorhanden ist.

9. Strahlungsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß er durch ein strömendes gas­ förmiges Medium (1) gekühlt wird.

10. Strahlungsschild nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den litzenartigen Drähten (8) die zu kühlen­ den supraleitenden elektrischen Bauteile (Drähte 14, Spule 13) angeordnet sind.

11. Strahlungsschild nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die supraleitenden Drähte (14) axial zu den litzen­ artigen Drähten (8) angeordnet sind.

12. Strahlungsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drähte (8, 14) zur Kühlung in direktem Kontakt mit flüssigem Helium stehen.

13. Strahlungsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drähte (8, 14) zur Kühlung die wärmeleitende Außenwand eines heliumgekühlten Be­ hälters oder eines Heliumgas führenden Rohres (10) be­ rühren.

14. Strahlungsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß der zu kühlende Gegenstand (13, 14) in einer HF-leitungsähnlichen Anordnung von Drähten (8) umhüllt ist und eine zweite, äußere Hülle von Drähten (8) als zweiter Strahlungsschild vorgesehen ist.

15. Strahlungsschild nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (8) des ersten Strahlungsschildes (2) zur Kühlung in einen Kryostaten mit flüssigem Helium reichen und die Drähte (8) des zweiten Strahlungsschilds (2) an ein Helium-abgasgekühltes Kühlschild reichen.