EP1063482A1 - Refrigeration device - Google Patents

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EP1063482A1
EP1063482A1 EP99112174A EP99112174A EP1063482A1 EP 1063482 A1 EP1063482 A1 EP 1063482A1 EP 99112174 A EP99112174 A EP 99112174A EP 99112174 A EP99112174 A EP 99112174A EP 1063482 A1 EP1063482 A1 EP 1063482A1
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EP
European Patent Office
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pulse tube
temperature
regenerator
cooling device
cooled
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99112174A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Matthias Dr. Bühler
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CSP Cryogenic Spectrometers GmbH
Original Assignee
CSP Cryogenic Spectrometers GmbH
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Priority to AU56850/00A priority patent/AU5685000A/en
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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Abstract

The electrical connections (62) run at least partially in thermal contact with the first pulse tube (20) and/or partially in thermal contact with the first regenerator (40).

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung gemäß Anspruch 1 und 3.The invention relates to a cooling device according to claim 1 and 3.

Derartige Kühlvorrichtung haben aufgrund ihrer Verwendung eines oder mehrerer Pulsröhrenkühler einen breiten Einsatzbereich und werden insbesondere zum Kühlen von Objekten verwendet, die durch elektrische bzw. mechanische Leitungen verbunden sind. Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung eignet sich somit beispielsweise zur Kühlung von Bauelementen aus Hochtemperatursupraleitern, wie SQUIDs, zur Kühlung von Halbleiterbauelementen, wie Infrarotdetektoren oder Hochgeschwindigkeitsschaltkreise für eine sehr schnelle Datenverarbeitung, oder auch zur Kühlung von Sensoren, die auf einem Tieftemperatureffekt basieren.Such cooling device have due to their use one or more pulse tube coolers a wide one Area of application and are used especially for cooling objects used by electrical or mechanical Lines are connected. A cooling device according to the invention is therefore suitable, for example, for cooling High temperature superconductor devices, such as SQUIDs, for cooling semiconductor components, such as infrared detectors or high speed circuitry for a very fast data processing, or also for cooling sensors, based on a low temperature effect.

Stand der TechnikState of the art

Aus Info-Phys-Tech Nr.6, 1996, aus VDI Technologiezentrum, Physikalische Technologien, ist eine Kühlvorrichtung in Form eines Pulsröhrenkühlers bekannt, wobei der Pulsröhrenkühler aufweist (siehe Figur 1): ein Pulsrohr 20, an dessen einem Ende ein kalter Wärmetauscher 24 bzw. Kaltkopf 24, an dem Wärme von einem zu kühlenden Objekt 82 aufgenommen wird (hier bei einer Temperatur von etwa 77K), vorgesehen ist, und an dessen anderem Ende ein warmer Wärmetauscher (nicht dargestellt), an dem Wärme nach außen (hier bei einer Temperatur von etwa 300K) abgegeben wird, vorgesehen ist, einen Regenerator 40, der als Wärmezwischenspeicher dient, und einen Druckoszillator (nicht dargestellt), der dazu dient, periodische Druckänderungen zu erzeugen, wobei das Pulsrohr an dem Ende, an dem der kalte Wärmetauscher 24 vorgesehen ist, über jeweilige Leitungen über den Regenerator 40 mit dem Druckoszillator verbunden ist, so daß eine periodische Verschiebung eines Arbeitgases zwischen dem Pulsrohr und dem Druckoszillator ermöglicht wird.From Info-Phys-Tech No. 6, 1996, from VDI Technology Center, Physical technologies, is a cooling device known in the form of a pulse tube cooler, the pulse tube cooler has (see Figure 1): a pulse tube 20, on one end of which is a cold heat exchanger 24 or cold head 24, on which heat is absorbed by an object 82 to be cooled is provided (here at a temperature of about 77K) is, and at the other end a warm heat exchanger (not shown), on the heat to the outside (here at a temperature of about 300K) is provided is a regenerator 40, which acts as an intermediate heat store serves, and a pressure oscillator (not shown), which is used to generate periodic pressure changes, the pulse tube at the end where the cold heat exchanger 24 is provided, via respective lines via the Regenerator 40 is connected to the pressure oscillator, so that a periodic shift of a working gas between the pulse tube and the pressure oscillator is made possible.

Soll ein Objekt, wie beispielsweise ein Magnet 82, gekühlt werden, so ist es bekannt, das Objekt an den Kaltkopf 24 des Pulsrohrs 20, das in einem Kühlbehälter angeordnet sein kann, thermisch zu koppeln und mit elektrischen Leitungen 62 zu verbinden. Als nachteilig bei dieser herkömmlichen Kühlanordnung stellt sich jedoch heraus, daß die Wärmelast auf den Kaltkopf 24 bei dieser Kühlanordnung beträchtlich ist. Dies liegt zum einen daran, daß die elektrischen Leitungen mit dem Äußeren des Kühlbehälters bzw. mit Einrichtungen 60 (Anschlußeinrichtung 60), deren Temperatur oberhalb der Temperatur des Kaltkopfs 24 liegt, in (thermischem) Kontakt stehen und zum anderen daran, daß der Strom durch die elektrischen Leitungen 62, der bei dem oben erwähnten Magnet 82 Werte von 20 bis 120 A annehmen kann, Wärme erzeugt. Dies kann dazu führen, daß die vom Kaltkopf 24 bereitzustellende Wärmesenke nicht mehr die gewünschte niedrige Temperatur erreicht bzw. Temperaturschwankungen auftreten. Eine derartige Vorrichtung zur Kühlung eines Magnets ist aus C. Wang et al.:"Cryogen Free Operation of a Niobium-Tin Magnet Using a Two-Stage Pulse Tube Cooler", in Proceedings zur Konferenz "Applied Superconductivity" 1998 in Palm Desert bekannt, wobei dort anstelle eines einstufigen Pulsröhrenkühlersystems ein zweistufiges verwendet wird.Should an object, such as a magnet 82, be cooled are, it is known, the object to the cold head 24 of the pulse tube 20, which is arranged in a cooling container can be to couple thermally and with electrical cables 62 to connect. As a disadvantage of this conventional Cooling arrangement turns out, however, that the Thermal load on the cold head 24 is considerable in this cooling arrangement is. On the one hand, this is because the electrical Lines with the outside of the cooling container or with devices 60 (connection device 60) whose temperature is above the temperature of the cold head 24, in (thermal) contact and on the other hand that the Current through the electrical lines 62 that at the above mentioned magnet 82 can assume values from 20 to 120 A, Generates heat. This can cause the cold head 24 heat sink to be provided is no longer the desired one low temperature reached or temperature fluctuations occur. Such a device for cooling a magnet is from C. Wang et al .: Cryogen Free Operation of a Niobium-Tin Magnet Using a Two-Stage Pulse Tube Cooler ", in Proceedings of the conference "Applied Superconductivity" 1998 known in Palm Desert, where instead of a one-tier Pulse tube cooler system uses a two-stage becomes.

Aus G. Thummes et al.:"Small scale 4He liquefaction using a two-stage 4K pulse tube cooler", in Cryogenics 1998 Volume 00, Number 0, ist eine in einem Kryostaten untergebrachte Vorrichtung zum Verflüssigen von 4He bekannt, die ein zweistufiges hintereinander geschaltetes Pulsröhrenkühlersystem verwendet. Dabei wird ein Gasleitung zum Kühlen bzw. Verflüssigen eines Gases vom Äußeren des Kryostaten in das Innere geführt, dort um den Kaltkopf des zweiten Pulsrohrs, das eine höhere Temperatur als das erste Pulsrohr bereitstellt, gewickelt, um den Regenerator des ersten Pulsrohrs gewickelt, um den Kaltkopf des ersten Pulsrohrs gewickelt und schließlich mit einem das zu verflüssigende Gas enthaltenden Behälter, der am Kaltkopf des ersten Pulsrohrs angeordnet ist, verbunden. Ferner verläuft ein Meßfühler vom Äußeren des Kryostaten direkt zum dem Verflüssigungsbehälter, wodurch aufgrund des großen Temperaturgradienten eine bestimmte zusätzliche Wärmelast am Behälter aufgebracht wird.From G. Thummes et al.: "Small scale 4 He liquefaction using a two-stage 4K pulse tube cooler", in Cryogenics 1998 Volume 00, Number 0, a device for liquefying 4 He housed in a cryostat is known two-stage pulse tube cooler system connected in series. In this case, a gas line for cooling or liquefying a gas is led from the outside of the cryostat into the inside, where it is wound around the cold head of the second pulse tube, which provides a higher temperature than the first pulse tube, around the regenerator of the first pulse tube Cold head of the first pulse tube wound and finally connected to a container containing the gas to be liquefied, which is arranged on the cold head of the first pulse tube. Furthermore, a sensor runs from the outside of the cryostat directly to the liquefaction container, as a result of which a certain additional heat load is applied to the container due to the large temperature gradient.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist nun eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung mit einem Pulsröhrenkühler zum Kühlen eines Objekts derart weiter zu bilden, daß die Wärmelast auf den Pulsrohrkaltkopf, die durch elektrische oder mechanische Verbindungseinrichtungen zu dem zu kühlenden Objekt hervorgerufen wird, minimiert wird.It is now an object of the present invention Cooling device with a pulse tube cooler for cooling to further develop an object such that the heat load on the pulse tube cold head by electrical or mechanical Connection devices to the object to be cooled is caused, is minimized.

Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 oder 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is performed by a cooling device according to the Features of claim 1 or 3 solved. Advantageous configurations are the subject of the subclaims.

Gemäß einem ersten Aspekt umfaßt die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung einen ersten Pulsröhrenkühler mit einem ersten Pulsrohr, das einen Warmkopf mit einer ersten Temperatur TA1 und einen Kaltkopf mit einer bezüglich der ersten Temperatur tieferen zweiten Temperatur TE aufweist, und einem ersten Regenerator, der einen warmen Endabschnitt und ' einen kalten Endabschnitt, welcher mit dem Kaltkopf des ersten Pulsrohrs verbunden ist, aufweist; ein zu kühlendes Objekt, das an den Kaltkopf des ersten Pulsröhrenkühlers thermisch gekoppelt ist; und eine Verbindungseinrichtung, insbesondere in Form von supraleitenden bzw. hochtemperatursupraleitenden und/oder normalleitenden elektrischen Zuleitungen, zum elektrischen Verbinden des zu kühlenden Objekts mit einem Bereich, wie beispielsweise einer Anschlußeinrichtung, der eine bezüglich der zweiten Temperatur TE höhere Temperatur TV aufweist. Erfindungsgemäß verläuft die Verbindungseinrichtung dabei zumindest teilweise in thermischem Kontakt mit dem ersten Pulsrohr und/oder teilweise in thermischem Kontakt mit dem ersten Regenerator, um ein Vorkühlen der Verbindungseinrichtung zu bewirken.According to a first aspect, the cooling device according to the invention comprises a first pulse tube cooler with a first pulse tube, which has a warm head with a first temperature T A1 and a cold head with a second temperature T E lower than the first temperature, and a first regenerator which has a warm end section and 'has a cold end portion connected to the cold head of the first pulse tube; an object to be cooled, which is thermally coupled to the cold head of the first pulse tube cooler; and a connecting device, in particular in the form of superconducting or high-temperature superconducting and / or normal-conducting electrical leads, for electrically connecting the object to be cooled to a region, such as a connecting device, which has a higher temperature T V than the second temperature T E. According to the invention, the connecting device runs at least partially in thermal contact with the first pulse tube and / or partially in thermal contact with the first regenerator in order to cause the connecting device to be precooled.

Gemäß einem zweiten Aspekt umfaßt die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung einen ersten Pulsröhrenkühler mit einem ersten Pulsrohr, das einen Warmkopf mit einer ersten Temperatur TA1 und einen Kaltkopf mit einer bezüglich der ersten Temperatur tieferen zweiten Temperatur TE aufweist, und einem ersten Regenerator, der einen warmen Endabschnitt und einen kalten Endabschnitt, welcher mit dem Kaltkopf des ersten Pulsrohrs verbunden ist, aufweist; ein zu kühlendes Objekt, das an den Kaltkopf des ersten Pulsröhrenkühlers thermisch gekoppelt ist; und eine Verbindungseinrichtung, beispielsweise in der Form von Stangen, Drähten, Fäden aus Metall oder Kunststoff, zum mechanischen Verbinden des zu kühlenden Objekts mit einem Bereich, wie beispielsweise einer Anschlußeinrichtung, der eine bezüglich der zweiten Temperatur TE höhere Temperatur TV aufweist. Das mechanische Verbinden umfaßt dabei, daß das zu kühlende Objekt über die Verbindungseinrichtung an dem Bereich bzw. der Anschlußeinrichtung gehalten bzw. gestützt wird oder, daß auf das zu kühlende Objekt über die Verbindungseinrichtung mechanisch eingewirkt wird. Erfindungsgemäß verläuft die Verbindungseinrichtung dabei zumindest teilweise in thermischem Kontakt mit dem ersten Pulsrohr und/oder teilweise in thermischem Kontakt mit dem ersten Regenerator, um ein Vorkühlen der Verbindungseinrichtung zu bewirken.According to a second aspect, the cooling device according to the invention comprises a first pulse tube cooler with a first pulse tube, which has a warm head with a first temperature T A1 and a cold head with a second temperature T E which is lower than the first temperature, and a first regenerator which has a warm end section and a cold end portion connected to the cold head of the first pulse tube; an object to be cooled, which is thermally coupled to the cold head of the first pulse tube cooler; and a connecting device, for example in the form of rods, wires, threads made of metal or plastic, for mechanically connecting the object to be cooled to a region, such as a connecting device, which has a higher temperature T V than the second temperature T E. The mechanical connection includes that the object to be cooled is held or supported on the area or the connecting device via the connecting device or that the object to be cooled is mechanically acted on via the connecting device. According to the invention, the connecting device runs at least partially in thermal contact with the first pulse tube and / or partially in thermal contact with the first regenerator in order to cause the connecting device to be precooled.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung kann diese in Form einer zweiteiligen Halteeinrichtung ausgebildet sein. Ein erster Teil bzw. Halteteil besteht dabei vorzugsweise aus einem schlecht wärmeleitendem Material, wie Kunststoff, und dient zum eigentlichen Halten des zu Kühlenden Objekts an der Anschlußeinrichtung. Eine zweiter Teil bzw. Kontaktteil besteht vorzugsweise aus einem gut leitenden Material, wie Metall, und dient zum thermischen in Kontakt bringen der Halteeinrichtung mit einem Pulsrohr oder Regenerator, und damit zum -Vorkühlen der gesamten Halteeinrichtung.According to an advantageous embodiment of the connecting device can this in the form of a two-part holding device be trained. A first part or holding part consists preferably of a poorly heat-conducting Material, such as plastic, is used for the real thing Holding the object to be cooled on the connection device. A second part or contact part is preferably made made of a highly conductive material, such as metal, and serves to bring the holding device into thermal contact with a pulse tube or regenerator, and thus for Pre-cooling of the entire holding device.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung kann diese in Form einer Welle ausgebildet sein, die beispielsweise von einem Motor auf einem Temperatur Niveau beispielsweise von TA1 oder TA2 ausgeht und dann zu dem zu kühlenden Objekt führt. Anstelle der Welle können jedoch auch Drähte oder Fäden zum mechanischen Einwirken auf das zu kühlende Objekt verwendet werden.According to a further advantageous embodiment of the connecting device, it can be designed in the form of a shaft which, for example, starts from a motor at a temperature level, for example from T A1 or T A2 , and then leads to the object to be cooled. Instead of the shaft, however, wires or threads can also be used to act mechanically on the object to be cooled.

Im folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen sowohl des ersten, als auch des zweiten Aspekts erläutert:In the following, advantageous configurations are both of the first as well as the second aspect explained:

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft die Verbindungseinrichtung dabei zumindest teilweise in thermischem Kontakt entlang des ersten Pulsrohrs vom Warmkopf zum Kaltkopf und/oder teilweise in thermischem Kontakt entlang des ersten Regenerators vom warmen Endabschnitt zum kalten Endabschnitt. Durch diese Maßnahme wird bewirkt, daß die Verbindungseinrichtung schon vor dem Kontakt mit dem zu kühlenden Objekt bzw. Kaltkopf des ersten Pulsrohrs durch den thermischen Kontakt zumindest teilweise entlang des ersten Pulsrohrs vom Warmkopf zum Kaltkopf und/oder thermischen Kontakt zumindest teilweise entlang des ersten Regenerators vom warmen Endabschnitt zum kalten Endabschnitt vorgekühlt wird. Aufgrund des Wärme- oder Temperaturgradienten zwischen dem Warmkopf und Kaltkopf des (ersten) Pulsrohrs wird somit die Temperatur der an einer oder mehreren Stellen mit dem Pulsrohr oder Regenerator in thermischen Kontakt stehenden Verbindungseinrichtung an verschiedenen Temperaturniveaus "abgefangen" bzw. angeglichen.According to an advantageous embodiment, the Connection device at least partially in thermal Contact along the first pulse tube from the warm head to Cold head and / or partially in thermal contact along of the first regenerator from the warm end section to the cold one End section. This measure causes the Connection device before contact with the cooling object or cold head of the first pulse tube the thermal contact at least partially along the first Pulse tube from warm head to cold head and / or thermal Contact at least partially along the first regenerator from the warm end section to the cold end section is pre-cooled. Because of the heat or temperature gradient between the hot head and cold head of the (first) Pulse tube thus becomes the temperature of one or more Place with the pulse tube or regenerator in thermal Contact connecting device at different Temperature levels "caught" or adjusted.

Die Verbindungseinrichtung kann beispielsweise mittels Schellen oder dergleichen bzw. durch Aufkleben der Verbindungseinrichtung mit dem Pulsrohr bzw. Regenerator in thermischen Kontakt gebracht werden. Es ist ferner denkbar die Verbindungseinrichtung um das Pulsrohr bzw. den Regenerator zu wickeln.The connecting device can, for example, by means of Clamps or the like or by gluing the connecting device with the pulse tube or regenerator in thermal Be brought in contact. It is also conceivable that Connection device around the pulse tube or the regenerator to wrap.

Zum wirksamen Entgegenwirken der Wärmelast am ersten Pulsrohrkaltkopf bzw. zur Verbesserung der Kühlleistung des mit dem zu kühlenden Objekt verbundenen ersten Pulsrohrkaltkopfs und damit auch zum Absenken der Kühltemperatur kann ein zweiter Pulsröhrenkühler verwendet werden. Dieser hat ein zweites Pulsrohr, das einen Warmkopf mit einer dritten Temperatur TA2 und einen Kaltkopf mit einer bezüglich der dritten Temperatur TA2 tieferen vierten Temperatur TZ, die zwischen der ersten Temperatur TA1 und der zweiten Temperatur TE liegt, aufweist, und einen zweiten Regenerator, der einen warmen Endabschnitt und einen kalten Endabschnitt, welcher mit dem zweiten Pulsrohrkaltkopf verbunden ist, aufweist. Die von dem zweiten Pulsröhrenkühler bereitgestellte vierte Temperatur TZ dient dabei zum Vorkühlen des ersten Pulsröhrenkühlers. Es kann ferner anstelle des zweiten Pulsröhrenkühlers eine Vielzahl von Pulsröhrenkühlern zum Vorkühlen des ersten Pulsröhrenkühlers verwendet werden. Die Gesamtheit der Pulsröhrenkühler ist dabei vorteilhafterweise derart angeordnet, daß in mehreren aufeinanderfolgenden Kühlstufen eine vorbestimmte Temperatur TE, d.h. Temperatur am ersten Pulsrohrkaltkopf, erreicht wird, auf die das zu kühlende Objekt gekühlt werden soll. A second pulse tube cooler can be used to effectively counteract the heat load on the first pulse tube cold head or to improve the cooling capacity of the first pulse tube cold head connected to the object to be cooled, and thus also to lower the cooling temperature. This has having a second pulse tube, which is a hot head with a third temperature T A2, and a cold head with respect to the third temperature T A2 deeper fourth temperature T Z, the first between the temperature T A1 and the second temperature T E, and a second regenerator which has a warm end section and a cold end section which is connected to the second pulse tube cold head. The fourth temperature T Z provided by the second pulse tube cooler serves to precool the first pulse tube cooler. Instead of the second pulse tube cooler, a plurality of pulse tube coolers can also be used for pre-cooling the first pulse tube cooler. The entirety of the pulse tube coolers is advantageously arranged such that a predetermined temperature T E , ie temperature at the first pulse tube cold head, is reached in several successive cooling stages, to which the object to be cooled is to be cooled.

Zur weiteren Minimierung der Wärmelast am ersten Pulsrohrkaltkopf kann die vierte Temperatur TZ des Kaltkopfs des zweiten Pulsröhrenkühlers derart eingestellt sein, daß sie niedriger als die Temperatur TV des Bereichs bzw. der Anschlußeinrichtung ist, wobei die Verbindungseinrichtung zu deren Vorkühlung zumindest teilweise in thermischem Kontakt entlang des zweiten Pulsrohrs in Richtung vom Warmkopf zum Kaltkopf und/oder zumindest teilweise in thermischem Kontakt entlang des zweiten Regenerators in Richtung vom warmen Endabschnitt zum kalten Endabschnitt geführt wird.To further minimize the thermal load on the first pulse tube cold head, the fourth temperature T Z of the cold head of the second pulse tube cooler can be set such that it is lower than the temperature T V of the area or of the connecting device, the connecting device for its pre-cooling being at least partially in thermal contact is guided along the second pulse tube in the direction from the warm head to the cold head and / or at least partially in thermal contact along the second regenerator in the direction from the warm end section to the cold end section.

Das von der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zu kühlende Objekt weist beispielsweise einen auf einem supraleitenden oder normalleitenden Material basierenden Magnet oder einen Sensor zum Erfassen von Teilchen, Strahlung oder Feldern auf. Derartige Sensoren können Sensoren mit einer Betriebstemperatur im Bereich von etwa 30 bis 100 K, wie beispielsweise Silizium-Detektoren (Si(Li)-Dektoren), Germanium-Detektoren (HPGe-Dektoren) oder auf Hochtemperatursupraleitern basierende SQUIDs ("Superconducting Quantum Interference Device", supraleitende Quanten-Interferenz-Vorrichtungen) sein. Das zu kühlende Objekt kann ferner auch Sensoren, die auf einem Tieftemperatureffekt basieren, aufweisen, wobei diese Sensoren aufgrund ihrer Betriebstemperatur kleiner als 20 K, meist sogar kleiner als 4K, von einer Tieftemperaturkühleinrichtung (z.B. einer Entmagnetisierungsstufe), die mit dem Kaltkopf des ersten Pulsrohrs verbunden ist, auf die entsprechende Betriebstemperatur gekühlt werden. Vorteilhafterweise wird bei derartigen Sensoren ein zweistufiges oder dreistufiges Pulsröhrenkühlsystem verwendet.That to be cooled by the cooling device according to the invention Object has, for example, one on a superconducting one or normal conductive material based magnet or a sensor for detecting particles, radiation or Fields. Such sensors can be sensors with a Operating temperature in the range of about 30 to 100 K, such as for example silicon detectors (Si (Li) detectors), germanium detectors (HPGe detectors) or on high-temperature superconductors based SQUIDs ("Superconducting Quantum Interference Device ", superconducting quantum interference devices) his. The object to be cooled can also also sensors based on a low temperature effect, have, these sensors due to their operating temperature less than 20 K, usually even less than 4K, of a low-temperature cooling device (e.g. a demagnetization stage), the one with the cold head of the first pulse tube is cooled to the appropriate operating temperature become. Such sensors are advantageous a two-stage or three-stage pulse tube cooling system used.

Die in der Detektorvorrichtung verwendeten auf einem Tieftemperatureffekt basierende Sensoren, oder auch Kryodetektoren bzw. kryogene Detektoren, sind Sensoren, die durch eine Strahlungs- oder Teilchenabsorption deponierte Energie mittels eines Effektes, der nur oder insbesondere bei tiefen Temperaturen auftritt, messen. Diese Temperaturen werden von eine Wärmesenke bereitgestellt, die an die Detektoreinrichtung, welche einen jeweiligen auf einem Tieftemperatureffekt basierenden Sensor aufweist, thermisch gekoppelt ist. Diese Effekte können sein:

  • i) Temperaturerhöhung nach Energiedeposition (Kalorimeter) in einem Absorber (Dielektrikum, Metall, Supraleiter, usw.).
  • ii) Erzeugung von Phononen (Gitterschwingungen in einem Absorbermaterial) durch die Energiedeposition. Je tiefer die Ausgangstemperatur, desto weniger Gitterschwingungen sind vorhanden.
  • iii) Erzeugung von Quasiteilchen (Aufbrechen von Cooperpaaren) in einem Supraleiter. Supraleitung ist ein Tieftemperatureffekt. Je tiefer die Übergangstemperatur zur Supraleitung, desto mehr dieser Quasiteilchen werden durch die Energiedeposition erzeugt. Je mehr Quasiteilchen erzeugt werden, desto genauer kann die Energie bestimmt werden.
  • iv) Änderung der Spinausrichtung bzw. Magnetisierung in einem auf tiefe Temperaturen abgekühlten Spinsystem bestehend aus paramagnetischen Ionen aufgrund einer Energiedeposition.
  • The sensors used in the detector device, based on a low-temperature effect, or also cryodetectors or cryogenic detectors, are sensors which measure energy deposited by radiation or particle absorption by means of an effect which only or in particular occurs at low temperatures. These temperatures are provided by a heat sink which is thermally coupled to the detector device, which has a respective sensor based on a low-temperature effect. These effects can be:
  • i) Temperature increase after energy deposition (calorimeter) in an absorber (dielectric, metal, superconductor, etc.).
  • ii) Generation of phonons (lattice vibrations in an absorber material) by energy deposition. The lower the initial temperature, the less grid vibrations are present.
  • iii) Generation of quasiparticles (breaking up of Cooper pairs) in a superconductor. Superconductivity is a low-temperature effect. The lower the transition temperature to superconductivity, the more of these quasiparticles are generated by the energy deposition. The more quasiparticles are generated, the more precisely the energy can be determined.
  • iv) Change of the spin orientation or magnetization in a spin system cooled to low temperatures, consisting of paramagnetic ions due to an energy deposition.
  • Um die Temperaturerhöhung, die Gitterschwingungen, die Quasiteilchen (allgemein die Anregungen) bzw. die Änderung der Magnetisierung zu messen, gibt es verschiedene Möglichkeiten, wobei generell gilt, daß die Anregungen in einem Absorber erzeugt werden und in einem Sensor nachgewiesen werden. Sensor und Absorber können dabei identisch sein. Als Sensoren kommen in Frage:

  • a) Supraleitende Phasenübergangsthermometer, wie beispielsweise als Sensor in einem Mikrokalorimeter: Diese bestehen im wesentlichen aus einem Absorber, einem Phasenübergangsthermometer (supraleitende Schicht, beispielsweise aus Wolfram, Iridium, Aluminium oder Tantal) und einer Kühleinrichtung bzw. einer Kopplung an eine Wärmesenke. Im Temperaturübergangsbereich zwischen seiner supraleitenden und normalleitenden Phase ändert das Thermometer seinen elektrischen Widerstand sehr stark in Abhängigkeit von der Temperatur, d.h. auch nach Absorption von Gitterschwingungen und Quasiteilchen.
  • b) Supraleitende Tunneldioden: Sie bestehen aus zwei überlappenden dünnen supraleitenden Filmen (SIS: Supraleiter-Isolator-Supraleiter, wobei die Filme nicht notwendigerweise aus dem gleichen Supraleiter auf beiden Seiten bestehen müssen) oder einem supraleitenden und einem normalleitenden Film (NIS: Normalleiter-Isolator-Supraleiter), wobei die jeweiligen Filme durch eine dünne elektrisch isolierende Barriere getrennt sind. Die Barriere ist so dünn, daß sie quantenmechanisches Tunneln von Elektronen, bzw. Quasiteilchen von der einen Elektrode zur anderen erlaubt. Wird die NIS-Diode oder SIS-Diode unterhalb der Sprungtemperatur der jeweiligen Supraleiter betrieben, und ist die angelegte Spannung kleiner als die der supraleitenden Energielücke entsprechenden Spannung (NIS) bzw. kleiner als zweimal diese Spannung (SIS), so steigt der über die Barriere fließende Strom, wenn in der Tunneldiode Energie deponiert wird. Die Deposition der Energie kann durch Temperaturerhöhung, Absorption von Gitterschwingungen oder Quasiteilchen oder direkt durch Absorption von Strahlung oder Teilchen geschehen.
  • c) Thermistor, wie NTD-Thermometer (NTD: "Neutron Transmutation Doping", d.h. mittels Neutronen hochdotierter Halbleiter). Diese Thermometer können zum Messen von Temperaturschwankungen verwendet werden, da bei ihnen, wie bei allen Halbleitern, der Widerstand mit sinkender Temperatur zunimmt. Um zu vermeiden, daß bei sehr tiefen Temperaturen die Widerstände so hoch anwachsen, daß sie nicht mehr mit genügender Genauigkeit gemessen werden können, werden die verwendeten Halbleiter hochdotiert, wodurch ihr Widerstand abgesenkt wird.
  • d) Magnetische Bolometer. Diese Sensoren, die eine schwache thermische Kopplung an ein Kältebad bzw. eine Wärmesenke mit einer Temperatur vorzugsweise im Millikelvinbereich haben, umfassen eine schwache Konzentration von paramagnetischen Ionen in einem magnetischen Feld. Als derartige Ionen werden vorteilhafterweise Ionen von seltenen Erden, wie beispielsweise von Erbium (Er3+), verwendet. Wenn ein kleiner Energiebetrag, beispielsweise durch elektromagnetische Strahlung, in einem derartigen Sensor deponiert wird, verursacht der Temperaturanstieg eine Änderung der Magnetisierung des von den paramagnetischen Ionen gebildeten Paramagneten, die beispielsweise unter Verwendung einer Spule, die an einen Eingang eines SQUIDs angeschlossen ist, gemessen werden kann. Vorteilhafterweise ist an das magnetische Bolometer ein Absorber thermisch gekoppelt.
  • There are various ways of measuring the temperature increase, the lattice vibrations, the quasiparticles (generally the excitations) or the change in the magnetization, with the general rule that the excitations are generated in an absorber and are detected in a sensor. Sensor and absorber can be identical. Possible sensors are:
  • a) Superconducting phase transition thermometer, such as a sensor in a microcalorimeter: These essentially consist of an absorber, a phase transition thermometer (superconducting layer, e.g. made of tungsten, iridium, aluminum or tantalum) and a cooling device or a coupling to a heat sink. In the temperature transition area between its superconducting and normal conducting phase, the thermometer changes its electrical resistance very strongly depending on the temperature, ie also after absorption of lattice vibrations and quasiparticles.
  • b) Superconducting tunnel diodes: They consist of two overlapping thin superconducting films ( SIS : superconductor-insulator-superconductor, whereby the films do not necessarily have to consist of the same superconductor on both sides) or a superconducting and a normal-conducting film ( NIS : normal-conductor-insulator Superconductor), the respective films being separated by a thin electrically insulating barrier. The barrier is so thin that it allows quantum mechanical tunneling of electrons or quasiparticles from one electrode to the other. If the NIS diode or SIS diode is operated below the step temperature of the respective superconductor, and the applied voltage is less than the voltage (NIS) corresponding to the superconducting energy gap or less than twice this voltage (SIS), this rises above the barrier flowing electricity when energy is deposited in the tunnel diode. The deposition of the energy can take place through an increase in temperature, absorption of lattice vibrations or quasiparticles or directly through absorption of radiation or particles.
  • c) Thermistor, such as NTD thermometer ( NTD : "Neutron Transmutation Doping", ie semiconductors highly doped with neutrons). These thermometers can be used to measure temperature fluctuations because, like all semiconductors, the resistance increases with decreasing temperature. In order to avoid that the resistors grow so high at very low temperatures that they can no longer be measured with sufficient accuracy, the semiconductors used are heavily doped, as a result of which their resistance is reduced.
  • d) Magnetic bolometers. These sensors, which have a weak thermal coupling to a cold bath or a heat sink with a temperature preferably in the millikelvin range, comprise a weak concentration of paramagnetic ions in a magnetic field. As such ions, rare earth ions such as erbium (Er 3+ ) are advantageously used. If a small amount of energy is deposited in such a sensor, for example by electromagnetic radiation, the temperature rise causes a change in the magnetization of the paramagnet formed by the paramagnetic ions, which is measured, for example, using a coil connected to an input of a SQUID can. An absorber is advantageously thermally coupled to the magnetic bolometer.
  • Es ist ferner denkbar, auf Tieftemperatursupraleitern basierende SQUIDs als Sensor zu verwenden.It is also conceivable to use low-temperature superconductors to use based SQUIDs as sensors.

    Das zu kühlende Objekt kann ferner eine Vielzahl von Sensoren aufweisen. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn zwei verschiedenartige Sensoren verwendet werden, deren Energieauflösung in jeweils verschiedenen Energiebereichen unterschiedlich gut ist.The object to be cooled can also be a variety of Have sensors. This is advantageous, for example, if two different types of sensors are used, their Energy resolution in different energy areas is different.

    Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

    Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung.Further details, features and advantages of the invention result from the following description more preferred Embodiments based on the drawing.

    Es zeigen:

  • Figur 1 eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung unter Verwendung eines Pulsröhrenkühlers im Stand der Technik;
  • Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • Figur 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • Figur 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
  • Figur 5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
  • Figur 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
  • Figur 7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform;
  • Figur 8 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform;
  • Figur 9 eine schematische Darstellung eines Pulsröhrenkühlers gemäß einer ersten Ausgestaltung;
  • Figur 10 eine schematische Darstellung eines Pulsröhrenkühlers gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
  • Figur 11 eine schematische Darstellung eines Pulsröhrenkühlers gemäß einer dritten Ausgestaltung;
  • Figur 12 eine schematische Darstellung eines Pulsröhrenkühlers gemäß der dritten Ausgestaltung in einer konkreteren Darstellung als in Figur 11; und
  • Figur 13 eine schematische Darstellung eines zweistufigen Pulsröhrenkühlersystems mit den wichtigstem Komponenten.
  • Show it:
  • Figure 1 is a schematic representation of a cooling device using a pulse tube cooler in the prior art;
  • Figure 2 is a schematic representation of a cooling device according to the invention according to a first embodiment;
  • Figure 3 is a schematic representation of a cooling device according to the invention according to a second embodiment;
  • Figure 4 is a schematic representation of a cooling device according to the invention according to a third embodiment;
  • Figure 5 is a schematic representation of a cooling device according to the invention according to a fourth embodiment;
  • Figure 6 is a schematic representation of a cooling device according to the invention according to a fifth embodiment;
  • Figure 7 is a schematic representation of a cooling device according to the invention according to a sixth embodiment;
  • Figure 8 is a schematic representation of a cooling device according to the invention according to a seventh embodiment;
  • Figure 9 is a schematic representation of a pulse tube cooler according to a first embodiment;
  • Figure 10 is a schematic representation of a pulse tube cooler according to a second embodiment;
  • Figure 11 is a schematic representation of a pulse tube cooler according to a third embodiment;
  • Figure 12 is a schematic representation of a pulse tube cooler according to the third embodiment in a more concrete representation than in Figure 11; and
  • Figure 13 is a schematic representation of a two-stage pulse tube cooler system with the most important components.
  • Bevorzugte AusführungsformenPreferred embodiments

    Im folgenden wird die Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.The following is the cooling device according to the present Invention described.

    Erste AusführungsformFirst embodiment

    Es sei dabei zunächst auf Figur 2 verwiesen, die eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zeigt. Hier, wie in den folgenden Figuren, werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.Reference is first made to FIG. 2, the one schematic representation of a first embodiment of a shows cooling device according to the invention. Here, like in the following figures, the same parts with the same reference numerals designated.

    Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform, sowie der folgenden Ausführungsformen, ist vor_ teilhafterweise zur Verbesserung der Kühlleistung in einem Kühlbehälter bzw. einem Kryostaten (nicht dargestellt) angeordnet, wobei die in den Figuren dargestellten Temperaturniveaus Bereiche repräsentieren, die vorteilhafterweise von Wärme- bzw. Strahlungsschilden zur Wärmeisolierung umgeben sind.The cooling device according to the invention of this embodiment, as well as the following embodiments, partially to improve cooling performance in one Arranged cooling container or a cryostat (not shown), where the temperature levels shown in the figures Represent areas that are advantageous surrounded by heat or radiation shields for thermal insulation are.

    Von oben nach unten betrachtet sind an einer Abdeckung des Kryostaten, die aufgrund des thermischen Kontakts mit dem äußeren des Kryostaten bzw. Kühlbereichs das 300 K-Temperaturniveau (bzw. die in der Einleitung genannten Temperaturen TA1, TV) repräsentiert, eine Anschlußeinrichtung 60 für elektrische Zuleitungen 62, sowie ein Warmkopf (nicht gezeigt) eines ersten Pulsrohrs 20 und ein warmer Endabschnitt 44 eines dazugehörigen ersten Regenerators 40 angeordnet. Am unteren Ende des Pulsrohrs ist ein Kaltkopf 24 vorgesehen, an dem Wärme von einem zu kühlenden Objekt, in diesem Fall von einem Magnet 82, bei einer Temperatur von etwa 77K (bzw. TE) aufgenommen wird. Ferner ist der Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs 20 über eine Leitung 42 mit einem kalten Endabschnitt 46 des Regenerators 40 verbunden. Weitere für den Betrieb eines Pulsröhrenkühlers wichtige Komponenten, die zur Veranschaulichung der Erfindung nicht notwendig sind, werden unten bei der allgemeinen Beschreibung des Funktionsprinzips eines Pulsröhrenkühlers dargestellt.Viewed from top to bottom, a connection device 60 is located on a cover of the cryostat, which represents the 300 K temperature level (or the temperatures T A1 , T V mentioned in the introduction) due to the thermal contact with the exterior of the cryostat or cooling area for electrical supply lines 62, as well as a warm head (not shown) of a first pulse tube 20 and a warm end section 44 of an associated first regenerator 40. At the lower end of the pulse tube, a cold head 24 is provided, is received at the heat from an object to be cooled, in this case of a magnet 82, at a temperature of about 77K (or T E). Furthermore, the cold head 24 of the first pulse tube 20 is connected via a line 42 to a cold end section 46 of the regenerator 40. Further components which are important for the operation of a pulse tube cooler and which are not necessary to illustrate the invention are illustrated below in the general description of the functional principle of a pulse tube cooler.

    Es sei bemerkt, daß die angegebenen Temperaturniveaus nur zur Veranschaulichung dienen und entsprechend dem vorherrschenden Betriebszustand bzw. abhängig von der Umgebungstemperatur andere Werte aufweisen können.It should be noted that the specified temperature levels serve only for illustration and according to the prevailing Operating state or depending on the ambient temperature can have other values.

    Erfindungsgemäß verlaufen die elektrischen Zuleitungen 62, die eine Verbindungseinrichtung zwischen der mit dem Äußeren des Kühlbereichs in thermischen Kontakt stehenden Anschlußeinrichtung 60 bzw. der Kryostatenabdeckung und dem Magnet 82 bildet, teilweise bzw. über eine vorbestimmte Strecke in thermischem Kontakt entlang des Pulsrohrs 20 in Richtung vom Warmkopf (nicht dargestellt) zum Kaltkopf 24. Dadurch werden die elektrischen Zuleitungen 62 schon vor dem Kontakt mit dem Magnet 82 bzw. Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs 20 vorgekühlt, was zu einer geringeren Wärmelast auf den Kaltkopf 24 führt.According to the invention, the electrical supply lines run 62, which is a connecting device between the Exterior of the cooling area in thermal contact Connection device 60 or the cryostat cover and the Magnet 82 forms, partially or over a predetermined Distance in thermal contact along the pulse tube 20 in Direction from the hot head (not shown) to the cold head 24. As a result, the electrical leads 62 are already in front the contact with the magnet 82 or cold head 24 of the first Pulse tube 20 pre-cooled, resulting in a lower heat load leads to the cold head 24.

    In dieser, sowie in den folgenden Ausführungsformen können die elektrischen Zuleitungen 62 aus supraleitenden (supraleitend bedeutet hierbei sowohl hochtemperatur- sowie tieftemperatursupraleitend) und/oder normalleitenden Drähten bestehen, die vorteilhafterweise elektrisch isoliert sind. Der thermische Kontakt der Zuleitungen 62 mit dem Pulsrohr 20 (oder dem zweiten Pulsrohr 30, siehe Figur 5) oder wie in der zweiten Ausführungsform mit dem Regenator 40 kann durch Aufkleben der Zuleitungen 62 an das Pulsrohr 20 bzw. den Regenerator 40 oder durch Wickeln der Zuleitungen 62 um diese Komponenten 20,40 erfolgen. Es ist ferner möglich die Zuleitungen über eine bestimmte Strecke mit Schellen oder dergleichen an den Komponenten 20,40 (oder dem zweiten Pulsrohr 30) zu befestigen.In this as well as in the following embodiments can the electrical leads 62 made of superconducting (Superconducting here means both high temperature and low temperature superconducting) and / or normal conducting wires exist, which are advantageously electrically isolated are. The thermal contact of the leads 62 with the Pulse tube 20 (or the second pulse tube 30, see FIG. 5) or as in the second embodiment with the regenerator 40 can by gluing the leads 62 to the pulse tube 20 or the regenerator 40 or by winding the supply lines 62 around these components 20.40. It is further possible with the supply lines over a certain distance Clamps or the like on components 20, 40 (or to attach the second pulse tube 30).

    Zweite AusführungsformSecond embodiment

    Es sei nun auf Figur 3 verwiesen, die eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zeigt.Reference is now made to FIG. 3, which is a schematic Representation of a second embodiment of the invention Cooling device shows.

    Wie in der ersten Ausführungsform steht in der zweiten Ausführungsform die Anschlußeinrichtung 60 für elektrische Zuleitungen 62, sowie der Warmkopf (nicht dargestellt) des ersten Pulsrohrs 20 und der warme Endabschnitt 44 des zugehörigen ersten Regenerators 40 in thermischem Kontakt mit dem 300 K-Temperaturniveau. Am unteren Ende des Pulsrohrs 20 ist wieder der Kaltkopf 24 vorgesehen, an dem eine Kühltemperatur an dem Magnet 82 von etwa 77K bereitgestellt wird. Ferner ist der Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs 20 über die Leitung 42 mit einem kalten Endabschnitt 46 des Regenerators 40 verbunden. As in the first embodiment, the second Embodiment the connection device 60 for electrical Supply lines 62, and the hot head (not shown) of first pulse tube 20 and the warm end portion 44 of the associated first regenerator 40 in thermal contact with the 300 K temperature level. At the lower end of the pulse tube 20, the cold head 24 is again provided, at which a cooling temperature provided on the magnet 82 of about 77K becomes. Furthermore, the cold head 24 of the first pulse tube 20 via line 42 with a cold end portion 46 of the Regenerator 40 connected.

    Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform verlaufen hier die elektrischen Zuleitungen 62 teilweise bzw. über eine bestimmte Strecke in thermischem Kontakt entlang des Regenerators 40 in Richtung von dem warmen Endabschnitt 44 zu dem kalten Endabschnitt 46, der über die Leitung 42 mit dem Kaltkopf 24 in Verbindung steht. Aufgrund des Austauschs eines Arbeitsgases zwischen dem Regenerator 40 und dem Pulsrohr 20 (das allgemeine Funktionsprinzip des Pulsröhrenkühlers wird unten näher erläutert) steht der Regenerator 40 auch in thermischen Kontakt mit dem Pulsrohr 20 und weist wie dieses einen Temperaturgradienten vom warmen Endabschnitt 44 zum kalten Endabschnitt 46 auf. Somit wird die Temperatur der an einer oder mehreren Stellen mit dem Regenerator in thermischen Kontakt stehenden elektrischen Zuleitungen 62 bei verschiedenen Temperaturniveaus "abgefangen" bzw. (zum Zweck der Vorkühlung) angeglichen, bevor diese den Magnet 82 erreichen, was wiederum zu einer geringeren Wärmelast auf den Kaltkopf 24 führt.In contrast to the first embodiment run here the electrical leads 62 partially or via a certain distance in thermal contact along the regenerator 40 toward the warm end portion 44 the cold end section 46, which is connected via line 42 to the Cold head 24 is connected. Because of the exchange a working gas between the regenerator 40 and the Pulse tube 20 (the general principle of operation of the pulse tube cooler is explained in more detail below) is the regenerator 40 also in thermal contact with the pulse tube 20 and like this has a temperature gradient from the warm end portion 44 to the cold end section 46. Thus the temperature of the in one or more places with the Regenerator in thermal contact electrical Supply lines 62 at different temperature levels "intercepted" or adjusted (for the purpose of pre-cooling), before they reach the magnet 82, which in turn leads to a leads to a lower heat load on the cold head 24.

    Dritte AusführungsformThird embodiment

    Es sei nun auf Figur 4 verwiesen, die eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zeigt, wobei das Kennzeichen dieser Ausführungsform das zweistufige Pulsröhrenkühlersystem ist.Reference is now made to FIG. 4, which is a schematic Representation of a third embodiment of the invention Cooling device shows, the characteristic of this Embodiment is the two-stage pulse tube cooler system.

    Ähnlich zu den beiden ersten Ausführungsformen steht in der dritten Ausführungsform eine Anschlußeinrichtung 60 für elektrische Zuleitungen 62, ein Warmkopf (nicht dargestellt) eines ersten Pulsrohrs 20, ein Warmkopf (nicht dargestellt) eines zweiten Pulsrohrs 30, sowie ein warmer Endabschnitt 54 eines zweiten Regenerators 50 in thermischem Kontakt mit dem 300 K-Temperaturniveau (TA1, TA2, TV), beispielsweise einer Kryostatenabdeckung. In dieser Darstellung sind die beiden Regeneratoren 40 und 50 miteinander verbunden, so daß der obere Regenerator 50 als warmer Regeneratorabschnitt 50 bzw. zur Kopplung an das 300K-Temperaturniveau vom Regenerator 40 mit verwendet wird. Es ist jedoch eine Anordnung mit zwei voneinander getrennten Regeneratoren denkbar. Am unteren Ende des ersten Pulsrohrs 20 ist ein Kaltkopf 24 vorgesehen, an dem eine Kühltemperatur an einem zu kühlenden Objekt, hier an einem Magnet 82, von etwa 4K (TE) bereitgestellt wird. Am unteren Ende des zweiten Pulsrohrs 30 ist ein Kaltkopf 34 vorgesehen, an dem eine Kühltemperatur von etwa 77K (TZ) zum Vorkühlen des ersten Pulsrohrs 20 bereitgestellt wird. Genauer gesagt, wird die Temperatur von 77K einem den Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs und den Magnet 82 beinhaltenden Kühlbereich bereitgestellt, der im Fall der Verwendung eines Kryostaten von einem Wärmeschild zur thermischen Isolierung umgeben ist. Ferner ist der Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs 20 über eine Leitung 42 mit einem kalten Endabschnitt 46 des Regenerators 40 und ist der Kaltkopf 34 des zweiten Pulsrohrs 30 über eine Leitung 52 mit einem kalten Endabschnitt 56 des zweiten Regenerators 50 verbunden.Similar to the first two embodiments, in the third embodiment there is a connection device 60 for electrical leads 62, a warm head (not shown) of a first pulse tube 20, a warm head (not shown) of a second pulse tube 30, and a warm end section 54 of a second regenerator 50 in thermal contact with the 300 K temperature level (T A1 , T A2 , T V ), for example a cryostat cover. In this illustration, the two regenerators 40 and 50 are connected to one another, so that the upper regenerator 50 is used as a warm regenerator section 50 or for coupling to the 300K temperature level from the regenerator 40. However, an arrangement with two separate regenerators is conceivable. At the lower end of the first pulse tube 20, a cold head 24 is provided, is provided at the cooling temperature at an object to be cooled, here on a magnet 82, of about 4K (T E). At the lower end of the second pulse tube 30, a cold head 34 is provided, at which a cooling temperature of approximately 77K (T Z ) is provided for precooling the first pulse tube 20. More specifically, the temperature of 77K is provided to a cooling area containing the cold head 24 of the first pulse tube and the magnet 82, which in the case of using a cryostat is surrounded by a heat shield for thermal insulation. Furthermore, the cold head 24 of the first pulse tube 20 is connected to a cold end section 46 of the regenerator 40 via a line 42 and the cold head 34 of the second pulse tube 30 is connected to a cold end section 56 of the second regenerator 50 via a line 52.

    In der dritten Ausführungsform treffen elektrische Zuleitungen 62, die eine Verbindungseinrichtung zwischen der mit dem Äußeren des Kühlbereichs in thermischen Kontakt stehenden Anschlußeinrichtung 60 bzw. Kryostatenabdeckung und dem Magnet 82 bildet, zunächst auf eine sich auf dem 77K-Temperaturniveau befindliche thermische Abfangeinrichtung 64, bei der die Temperatur der Zuleitungen 62 auf 77K "abgefangen" bzw. (zum Zweck des Vorkühlens) angeglichen wird. Von dort aus verlaufen die Zuleitungen 62 teilweise bzw. über eine vorbestimmte Strecke in thermischem Kontakt entlang des Pulsrohrs 20 in Richtung vom Warmkopf (nicht dargestellt) zum Kaltkopf 24. Wie in der ersten Ausführungsform werden dabei die elektrischen Zuleitungen 62 schon vor dem Kontakt mit dem Magnet 82 bzw. Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs 20 vorgekühlt, was zu einer geringeren Wärmelast auf den Kaltkopf 24 führt. In the third embodiment, electrical leads meet 62, which is a connecting device between the in thermal contact with the exterior of the cooling area standing connection device 60 or cryostat cover and the magnet 82 forms, initially on one on the 77K temperature level thermal interception device 64, at which the temperature of the supply lines 62 to 77K "intercepted" or (for the purpose of pre-cooling) adjusted becomes. From there, the supply lines 62 partially run or over a predetermined distance in thermal contact along the pulse tube 20 towards the hot head (not to the cold head 24. As in the first embodiment the electrical supply lines 62 even before contact with the magnet 82 or cold head 24 of the first pulse tube 20 pre-cooled, resulting in a lower Thermal load on the cold head 24 leads.

    Vierte AusführungsformFourth embodiment

    Es sei nun auf Figur 5 verwiesen, die eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zeigt.Reference is now made to FIG. 5, which is a schematic Representation of a fourth embodiment of the invention Cooling device shows.

    Wie bei der dritten Ausführungsform steht in der vierten Ausführungsform eine Anschlußeinrichtung 60 für elektrische Zuleitungen 62, ein Warmkopf (nicht dargestellt) eines ersten Pulsrohrs 20, ein Warmkopf (nicht dargestellt) eines zweiten Pulsrohrs 30, sowie ein warmer Endabschnitt 54 eines zweiten Regenerators 50 in thermischem Kontakt mit dem 300 K-Temperaturniveau beispielsweise einer Kryostatenabdeckung. Am unteren Ende des ersten Pulsrohrs 20 ist wiederum ein Kaltkopf 24 vorgesehen, an dem eine Kühltemperatur an einem zu kühlenden Objekt, hier an einem Magnet 82, von etwa 4K bereitgestellt wird. Am unteren Ende des zweiten Pulsrohrs 30 ist ein Kaltkopf 34 vorgesehen, an dem eine Kühltemperatur von etwa 77K zum Vorkühlen des ersten Pulsrohrs 20 bereitgestellt wird. Ferner ist der Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs 20 über eine Leitung 42 mit einem kalten Endabschnitt 46 des Regenerators 40 und ist der Kaltkopf 34 des zweiten Pulsrohrs 30 über eine Leitung 52 mit einem kalten Endabschnitt 56 des zweiten Regenerators 50 verbunden.As in the third embodiment, the fourth Embodiment a connection device 60 for electrical Supply lines 62, a warm head (not shown) a first pulse tube 20, a warm head (not shown) a second pulse tube 30, and a warm end section 54 of a second regenerator 50 in thermal contact with the 300 K temperature level, for example of a cryostat cover. At the lower end of the first pulse tube 20 is again a cold head 24 is provided at which a cooling temperature on an object to be cooled, here on a magnet 82, of about 4K is provided. At the bottom of the second A cold head 34 is provided on the pulse tube 30 Cooling temperature of about 77K for pre-cooling the first one Pulse tube 20 is provided. Furthermore, the cold head 24 of the first pulse tube 20 via a line 42 with a cold end portion 46 of the regenerator 40 and is the Cold head 34 of the second pulse tube 30 via a line 52 with a cold end portion 56 of the second regenerator 50 connected.

    In der vierten Ausführungsform werden die elektrischen Zuleitungen 62 teilweise bzw. über eine vorbestimmte Strekke in thermischem Kontakt entlang des zweiten Pulsrohrs 30 geführt, wo die Temperatur der Zuleitungen 62 schon auf die Temperatur des zweiten Pulsrohrs 30 (zum Zweck des Vorkühlens) angeglichen wird. Von dort aus verlaufen die Zuleitungen 62 teilweise bzw. über eine vorbestimmte Strecke in thermischem Kontakt entlang des Pulsrohrs 20 in Richtung vom Warmkopf (nicht dargestellt) zum Kaltkopf 24. Wie in der ersten Ausführungsform werden dabei die elektrischen Zuleitungen 62 schon vor dem Kontakt mit dem Magnet 82 bzw. Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs 20 vorgekühlt, was zu einer geringeren Wärmelast auf den Kaltkopf 24 führt.In the fourth embodiment, the electrical Supply lines 62 partially or over a predetermined distance in thermal contact along the second pulse tube 30 performed where the temperature of the leads 62 already on the Temperature of the second pulse tube 30 (for the purpose of pre-cooling) is adjusted. The supply lines run from there 62 partially or over a predetermined distance in thermal contact along the pulse tube 20 in the direction from the hot head (not shown) to the cold head 24. As in the first embodiment, the electrical Leads 62 even before contact with the magnet 82 or Cold head 24 of the first pulse tube 20 pre-cooled, resulting in a leads to a lower heat load on the cold head 24.

    Fünfte AusführungsformFifth embodiment

    Es sei nun auf Figur 6 verwiesen, die eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zeigt. Hier, wie in den folgenden Figuren, werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.Reference is now made to FIG. 6, which is a schematic Representation of a fifth embodiment of an inventive Cooling device shows. Here, as in the following Figures, same parts with the same reference numerals designated.

    Von oben nach unten betrachtet sind an einer Abdeckung des Kryostaten, die aufgrund des thermischen Kontakts mit dem Äußeren des Kryostaten bzw. Kühlbereichs das 300 K-Temperaturniveau (bzw. die in der Einleitung genannten Temperaturen TA1, TV) repräsentiert, eine Anschlußeinrichtung 60 für eine vertikale Halteeinrichtung 62 bzw. Stützeinrichtung 62 zum Halten bzw. Stützen eines zu kühlenden Objekts 82, sowie ein Warmkopf (nicht gezeigt) eines ersten Pulsrohrs 20 und ein warmer Endabschnitt 44 eines dazugehörigen ersten Regenerators 40 angeordnet. Zwischen der vertikalen Halteanordnung 62 und dem ersten Pulsrohr 20 ist eine vertikale Halteanordnung 63 vorgesehen, die einen thermischen Kontakt zwischen den Komponenten 62 und 20 herstellt. Am unteren Ende des Pulsrohrs ist ein Kaltkopf 24 vorgesehen, an dem Wärme von einem zu kühlenden Objekt, in diesem Fall von einem Magnet 82, bei einer Temperatur von etwa 77K (bzw. TE) aufgenommen wird. Ferner ist der Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs 20 über eine Leitung 42 mit einem kalten Endabschnitt 46 des Regenerators 40 verbunden. Weitere für den Betrieb eines Pulsröhrenkühlers wichtige Komponenten, die zur Veranschaulichung der Erfindung nicht notwendig sind, werden unten bei der allgemeinen Beschreibung des Funktionsprinzips eines Pulsröhrenkühlers dargestellt.Viewed from top to bottom, a connection device 60 is located on a cover of the cryostat, which represents the 300 K temperature level (or the temperatures T A1 , T V mentioned in the introduction) due to the thermal contact with the exterior of the cryostat or cooling area for a vertical holding device 62 or supporting device 62 for holding or supporting an object 82 to be cooled, as well as a warm head (not shown) of a first pulse tube 20 and a warm end section 44 of an associated first regenerator 40. Between the vertical holding arrangement 62 and the first pulse tube 20, a vertical holding arrangement 63 is provided, which establishes thermal contact between the components 62 and 20. At the lower end of the pulse tube, a cold head 24 is provided, is received at the heat from an object to be cooled, in this case of a magnet 82, at a temperature of about 77K (or T E). Furthermore, the cold head 24 of the first pulse tube 20 is connected via a line 42 to a cold end section 46 of the regenerator 40. Further components which are important for the operation of a pulse tube cooler and which are not necessary to illustrate the invention are illustrated below in the general description of the functional principle of a pulse tube cooler.

    Es sei nochmals bemerkt, daß die angegebenen Temperaturniveaus nur zur Veranschaulichung dienen und entsprechend dem vorherrschenden Betriebszustand bzw. abhängig von der Umgebungstemperatur andere Werte aufweisen können.It should be noted again that the temperature levels given serve only for illustration and accordingly the prevailing operating state or depending on the ambient temperature may have different values.

    Zur Verringerung der Wärmelast auf den Kaltkopf 24 ist in dieser Ausführungsform die Halteeinrichtung 62,63 aus zwei Teilen, nämlich dem eigentlichen Halteteil 62 und dem Kontaktteil 63 zur Herstellung eines thermischen Kontakts zwischen dem Halteteil 62 und dem Pulsrohr 20, ausgebildet. Zur Wärmeisolation des zu -kühlenden Objekts 82 von dem 300K-Temperaturniveau besteht der Halteteil 62 vorteilhafterweise aus einem schlecht wärmeleitendem Material, wie beispielsweise Kunststoffen, insbesondere Glasfasern oder Kevlarfäden. Für eine stabile Halterung von schweren zu kühlenden Objekten können auch stangen- oder rohrförmige Halteteile, insbesondere aus schlecht wärmeleitenden Materialien verwendet werden. Zur thermischen Ankopplung an das Pulsrohr 20 jedoch ist vorteilhafterweise für das Kontaktteil 63 ein thermisch gut leitendes Material, wie Metall, in Form von Drähten, Stangen, Rohren, etc. zu verwenden. Aufgrund dieser Halteanordnung wird die Halteeinrichtung 62,63 schon vor dem Kontakt mit dem Magnet 82 vorgekühlt, was zu einer geringeren Wärmelast auf den Kaltkopf 24 führt.To reduce the thermal load on the cold head 24 is in this embodiment, the holding device 62, 63 two parts, namely the actual holding part 62 and the Contact part 63 for making a thermal contact formed between the holding part 62 and the pulse tube 20. For heat insulation of the object to be cooled 82 from the 300K temperature level, the holding part 62 is advantageously from a poorly heat-conducting material, such as for example plastics, in particular glass fibers or Kevlar threads. For a stable bracket from heavy to cooling objects can also be rod-shaped or tubular Holding parts, especially made of poorly heat-conducting materials be used. For thermal coupling to the Pulse tube 20, however, is advantageous for the contact part 63 a thermally highly conductive material, such as metal, to be used in the form of wires, rods, pipes, etc. Because of this holding arrangement, the holding device 62,63 pre-cooled before contact with magnet 82, resulting in a lower thermal load on the cold head 24 leads.

    Der thermische Kontakt der Halte- bzw. Kontaktteile 62 und 63 untereinander bzw. mit dem Pulsrohr 20 oder wie in der siebten Ausführungsform mit dem Regenerator 40 kann durch Zusammenkleben der Halte- bzw. Kontaktteile 62 und 63 untereinander bzw. durch Aufkleben an das Pulsrohr 20 oder den Regenerator 40, oder durch Wickeln der Kontaktteile 63 um die Komponenten 20,40 oder 62 erfolgen. Es ist ferner möglich, Schellen oder dergleichen zur Befestigung zu verwenden.The thermal contact of the holding or contact parts 62 and 63 with each other or with the pulse tube 20 or as in the seventh embodiment with the regenerator 40 can by gluing the holding or contact parts 62 and 63 together with each other or by sticking to the pulse tube 20 or the regenerator 40, or by winding the contact parts 63 around components 20, 40 or 62. It is further possible to use clamps or the like for fastening.

    Sechste AusführungsformSixth embodiment

    Es sei nun auf Figur 7 verwiesen, die eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zeigt, wobei das Kennzeichen dieser Ausführungsform wiederum das zweistufige Pulsröhrenkühlersystem ist.Reference is now made to FIG. 7, which is a schematic Representation of a sixth embodiment of the invention Cooling device shows, the characteristic of this Embodiment again the two-stage pulse tube cooler system is.

    Ähnlich zu der fünften Ausführungsform steht in der sechsten Ausführungsform ein Warmkopf (nicht dargestellt) eines ersten Pulsrohrs 20, ein Warmkopf (nicht dargestellt) eines zweiten Pulsrohrs 30, sowie ein warmer Endabschnitt 54 eines zweiten Regenerators 50 in thermischem Kontakt mit dem 300 K-Temperaturniveau (TA1, TA2, TV), beispielsweise einer Kryostatenabdeckung. In dieser Darstellung sind die beiden Regeneratoren 40 und 50 miteinander verbunden, so daß der obere Regenerator 50 als warmer Regeneratorabschnitt 50 bzw. zur Kopplung an das 300K-Temperaturniveau vom Regenerator 40 mit verwendet wird. Es ist jedoch eine Anordnung mit zwei voneinander getrennten Regeneratoren denkbar. Am unteren Ende des ersten Pulsrohrs 20 ist ein Kaltkopf 24 vorgesehen, an dem eine Kühltemperatur an einem zu kühlenden Objekt, hier an einem Magnet 82, von etwa 4K (TE) bereitgestellt wird. Am unteren Ende des zweiten Pulsrohrs 30 ist ein Kaltkopf 34 vorgesehen, an dem eine Kühltemperatur von etwa 77K (TZ) zum Vorkühlen des ersten Pulsrohrs 20 bereitgestellt wird. Genauer gesagt, wird die Temperatur von 77K einem den Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs und den Magnet 82 beinhaltenden Kühlbereich bereitgestellt, der im Fall der Verwendung eines Kryostaten von einem Wärmeschild zur thermischen Isolierung umgeben ist. Ferner ist der Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs 20 über eine Leitung 42 mit einem kalten Endabschnitt 46 des Regenerators 40 und ist der Kaltkopf 34 des zweiten Pulsrohrs 30 über eine Leitung 52 mit einem kalten Endabschnitt 56 des zweiten Regenerators 50 verbunden.Similar to the fifth embodiment, in the sixth embodiment, a warm head (not shown) of a first pulse tube 20, a warm head (not shown) of a second pulse tube 30, and a warm end section 54 of a second regenerator 50 are in thermal contact with the 300 K temperature level (T A1 , T A2 , T V ), for example a cryostat cover. In this illustration, the two regenerators 40 and 50 are connected to one another, so that the upper regenerator 50 is used as a warm regenerator section 50 or for coupling to the 300K temperature level from the regenerator 40. However, an arrangement with two separate regenerators is conceivable. At the lower end of the first pulse tube 20, a cold head 24 is provided, is provided at the cooling temperature at an object to be cooled, here on a magnet 82, of about 4K (T E). At the lower end of the second pulse tube 30, a cold head 34 is provided, at which a cooling temperature of approximately 77K (T Z ) is provided for precooling the first pulse tube 20. More specifically, the temperature of 77K is provided to a cooling area containing the cold head 24 of the first pulse tube and the magnet 82, which in the case of using a cryostat is surrounded by a heat shield for thermal insulation. Furthermore, the cold head 24 of the first pulse tube 20 is connected to a cold end section 46 of the regenerator 40 via a line 42 and the cold head 34 of the second pulse tube 30 is connected to a cold end section 56 of the second regenerator 50 via a line 52.

    Zum Halten bzw. Stützen des Magnets 82 ist eine Halteeinrichtung 62,63 vorgesehen, deren Halteteil 62 (vertikal) den Magnet 82 über eine Anschlußeinrichtung 60 an dem Kaltkopf 34 bzw. an einem 77K-Wärmeschild eines Kryostaten hält. Zur Herstellung eines thermischen Kontakts zwischen dem Halteteil 62 und dem unteren Teil des Pulsrohrs 20 und somit zum Vorkühlen der gesamten Halteeinrichtung 62,63 sind Kontaktteile 63 (horizontal) vorgesehen. Die Materialien der einzelnen Halte- bzw. Kontaktteile sind entsprechend der fünften Ausführungsform zu wählen. Somit wird durch den thermischen Kontakt mit dem Pulsrohr 20 die Temperatur von 77K der Halteeinrichtung 62,63 "abgefangen" bzw. zu niederen Temperaturen im Bereich der Kaltkopftemperatur angeglichen, was zu einer Verminderung der Wärmelast auf den Kaltkopf führt.A holding device is used to hold or support the magnet 82 62,63 provided, the holding part 62 (vertical) the magnet 82 via a connection device 60 on the cold head 34 or on a 77K heat shield of a cryostat holds. To establish a thermal contact between the holding part 62 and the lower part of the pulse tube 20 and thus for precooling the entire holding device 62, 63 contact parts 63 (horizontal) are provided. The materials of the individual holding or contact parts are corresponding to choose the fifth embodiment. Thus by the thermal contact with the pulse tube 20, the temperature "Intercepted" by 77K of the holding device 62.63 or at low temperatures in the area of the cold head temperature adjusted, resulting in a reduction in thermal load leads to the cold head.

    Siebte AusführungsformSeventh embodiment

    Es sei nun auf Figur 8 verwiesen, die eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zeigt.Reference is now made to FIG. 8, which is a schematic Representation of a seventh embodiment of the invention Cooling device shows.

    Das zweistufige Pulsröhrenkühlersystem weist im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das der sechsten Ausführungsform auf. Der Unterschied in dieser Ausführungsform besteht jedoch in dem Halten bzw. Stützen des Magnets 82.The two-stage pulse tube cooler system essentially has the same structure as that of the sixth embodiment on. The difference in this embodiment however, consists of holding or supporting the magnet 82.

    Zum Halten bzw. Stützen des Magnets 82 ist eine Halteeinrichtung 62,63 vorgesehen, deren Halteteil 62 (vertikal) den Magnet 82 über eine Anschlußeinrichtung 60 an dem Kaltkopf 34 bzw. an einem 77K-Wärmeschild eines Kryostaten hält. Im Gegensatz zur sechsten Ausführungsform wird hier ein thermischer Kontakts zwischen dem Halteteil 62 und dem Regenerator 40 zum Vorkühlen der gesamten Halteeinrichtung 62,63 durch Kontaktteile 63 (horizontal) vorgesehen. Die Materialien der einzelnen Halte- bzw. Kontaktteile sind entsprechend der fünften Ausführungsform zu wählen. Somit wird durch den thermischen Kontakt mit dem Regenerator 40 die Temperatur von 77K der Halteeinrichtung 62,63 "abgefangen" bzw. zu niederen Temperaturen im Bereich der Kaltkopftemperatur angeglichen, was zu einer Verminderung der Wärmelast auf den Kaltkopf führt.A holding device is used to hold or support the magnet 82 62,63 provided, the holding part 62 (vertical) the magnet 82 via a connection device 60 on the cold head 34 or on a 77K heat shield of a cryostat holds. In contrast to the sixth embodiment, here a thermal contact between the holding part 62 and the Regenerator 40 for pre-cooling the entire holding device 62,63 provided by contact parts 63 (horizontal). The Materials of the individual holding or contact parts are to choose according to the fifth embodiment. Consequently is due to thermal contact with the regenerator 40 the temperature of 77K of the holding device 62.63 "intercepted" or at low temperatures in the range of Cold head temperature adjusted, resulting in a decrease the heat load leads to the cold head.

    PulsröhrenkühlerPulse tube cooler

    Im folgenden wird der allgemeine Aufbau und die Wirkungsweise eines in der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung zu verwendenden Pulsröhrenkühlers beschrieben. Dabei zeigt Figur 9 eine schematische Darstellung eines Pulsröhrenkühlers gemäß einer ersten Ausgestaltung. Hier, wie in den folgenden Figuren, werden wiederum gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.The following is the general structure and mode of operation one in the cooling device according to the invention described pulse tube cooler to be used. It shows Figure 9 is a schematic representation of a pulse tube cooler according to a first embodiment. Here, like in the following figures, are again the same parts with the the same reference numerals.

    Der Kühleffekt beim Pulsröhrenkühler beruht auf der periodischen Druckänderung und Verschiebung ("Pulsieren") eines Arbeitsgases in einem dünnwandigen Zylinder mit Wärmetauschern an beiden Enden, dem sogenannten Pulsrohr 20. Das Pulsrohr 20 ist mit dem Druckozillator 10 über einen Regenerator 40 verbunden. Der Regenerator 40 dient als Wärmezwischenspeicher, der das vom Druckoszillator 10 einströmende Gas vor Eintritt in das Pulsrohr 20 abkühlt und anschließend das ausströmende Gas wieder auf Raumtemperatur erwärmt. Für diesen Zweck ist er vorteilhafterweise mit einem Material hoher Wärmekapazität gefüllt, das einen guten Wärmeaustausch mit dem strömenden Gas bei gleichzeitig geringem Durchflußwiderstand aufweist. Bei Temperaturen oberhalb 30 K verwendet man Stapel von feinmaschigern Edelstahl- oder Bronzesieben als Regeneratorfüllung. Für tiefere Temperaturen setzt man aus Gründen der hohen Wärmekapazität Bleischrot und neuerdings auch magnetische Materialien, z.B. Er-Ni-Legierungen, ein. Zur Erzeugung der Druckoszillation wird, wie es in Figur 12 gezeigt ist, ein Kompressor 10 in Kombination mit einem nachgeschalteten Rotationsventil 15 verwendet, das periodisch die Hoch- und Niederdruckseite des Kompressors mit dem Kühler verbindet. Alternativ dazu kann die Druckoszillation direkt über die Kolbenbewegung eines ventillosen Kompressors erzeugt werden.The cooling effect in the pulse tube cooler is based on the periodic Pressure change and displacement ("pulsation") of a Working gas in a thin-walled cylinder with heat exchangers at both ends, the so-called pulse tube 20. The Pulse tube 20 is connected to pressure oscillator 10 via a regenerator 40 connected. The regenerator 40 serves as an intermediate heat store, which flows in from the pressure oscillator 10 Gas cools before entering pulse tube 20 and then the escaping gas back to room temperature warmed up. For this purpose it is advantageously with a Material filled with high heat capacity, which is a good one Heat exchange with the flowing gas at the same time low Has flow resistance. At temperatures above 30 K one uses stacks of fine-meshed stainless steel or bronze sieves as regenerator filling. For deeper ones Temperatures are set due to the high heat capacity Lead shot and more recently magnetic materials, e.g. Er-Ni alloys, a. To generate the pressure oscillation becomes a compressor as shown in FIG 10 in combination with a downstream rotary valve 15 used that periodically the high and low pressure side of the compressor connects to the cooler. Alternatively the pressure oscillation can be done directly via the Piston movement of a valveless compressor are generated.

    In der ersten Ausgestaltung des Pulsröhrenkühlers ist das Pulsrohr am warmen Ende 22 geschlossen. Der Kühlprozeß läuft qualitativ wie folgt ab: In der Kompressionsphase strömt das im Regenerator 40 vorgekühlte Gas in das Pulsrohr 20 ein. Durch die Druckerhöhung wird das Gas im Pulsrohr 20 erwärmt und gleichzeitig zum warmen Wärmetauscher 22 bzw. Warmkopf 22 hin verschoben, wo ein Teil der Kompressionswärme an die Umgebung abgeführt wird. Durch die anschließende Expansion erfolgt eine Abkühlung des Gases im Pulsrohr 20. Das Gas, welches das Pulsrohr 20 verläßt, ist kälter als beim Eintritt und kann daher Wärme aus dem kalten Wärmetauscher 24 bzw. Kaltkopf 24 und dem zu kühlenden Objekt bzw. einer weiteren Kühleinrichtung, aufnehmen. Eine genauere Analyse des Prozesses in dieser Ausführungsform zeigt, daß für den Wärmetransport vom kalten 24 zum warmen 22 Ende ein Wärmeaustausch zwischen Gas und Rohrwandung erforderlich ist ("Oberflächenwärmepumpen"). Da der Wärmekontakt jedoch nur in einer dünnen Gasschicht an der Rohrwandung erfolgt, ist dieser Kühlprozeß noch nicht optimiert.In the first embodiment of the pulse tube cooler the pulse tube at the warm end 22 closed. The cooling process runs qualitatively as follows: in the compression phase the gas pre-cooled in the regenerator 40 flows into the pulse tube 20 a. By increasing the pressure, the gas is in the pulse tube 20 warmed and at the same time to the warm heat exchanger 22 or warm head 22 moved where part of the heat of compression is dissipated to the environment. Through the subsequent expansion, the gas is cooled in the Pulse tube 20. The gas leaving pulse tube 20 is colder than when entering and can therefore heat from the cold Heat exchanger 24 or cold head 24 and the one to be cooled Object or another cooling device. A more detailed analysis of the process in this embodiment shows that for the heat transfer from cold 24 to warm 22 Heat exchange between gas and pipe wall required is ("surface heat pumps"). Because the thermal contact however only in a thin layer of gas on the pipe wall this cooling process has not yet been optimized.

    Figur 10 zeigt nun eine schematische Darstellung eines Pulsröhrenkühlers 20 gemäß einer zweiten Ausgestaltung. Hierbei ergibt sich eine wesentliche Steigerung der Effektivität durch den Anschluß eines Ballastvolumens 70 über einen Strömungswiderstand (Nadelventil) 26 am warmen Wärmetauscher 22. Zum einen strömt hier mehr Gas durch den warmen Wärmetauscher 22, das dort dann Kompressionswärme abgeben kann. Zum anderen leistet das Gas im Pulsrohr 20 Arbeit beim Verschieben von Gas in das Ballastvolumen 70, wodurch ein wesentlich höherer Kühleffekt erreicht wird.Figure 10 now shows a schematic representation of a Pulse tube cooler 20 according to a second embodiment. This results in a significant increase in effectiveness by connecting a ballast volume 70 over a flow resistance (needle valve) 26 on the warm heat exchanger 22. On the one hand, more gas flows through the warm one Heat exchanger 22, which then give off heat of compression there can. On the other hand, the gas in the pulse tube does 20 work when moving gas into the ballast volume 70, whereby a significantly higher cooling effect is achieved.

    Figur 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Pulsröhrenkühlers gemäß einer dritten Ausgestaltung, bei der sich die Effektivität des Kühlers sich weiter steigern läßt, indem der Anteil des Gasflusses, der zur Druckänderung im warmen Teil des Pulsrohres 20 nötig ist, durch einen zweiten Einlaß am warmen Ende geleitet wird. Da dieser Gasfluß nicht mehr den Regenerator 40 passiert, werden die Verluste im Regenerator 40 verringert. Außerdem stellt sich bei einem zweitem Einlaß (mit einem Ventil 28) eine für die Kühlung günstigere zeitliche Abfolge von Druck- und Flußvariation ein.Figure 11 shows a schematic representation of a Pulse tube cooler according to a third embodiment, at which further increases the effectiveness of the cooler lets by the proportion of gas flow that leads to pressure change is necessary in the warm part of the pulse tube 20, by a second inlet at the warm end. Because of this Gas flow no longer passes the regenerator 40, the Losses in regenerator 40 reduced. It also turns out at a second inlet (with a valve 28) one for the Cooling more favorable chronological sequence of pressure and flow variation on.

    Figur 12 zeigt einen schematischen Gesamtaufbau eines Pulsröhrenkühlers gemäß der dritten Ausgestaltung in einer konkreteren Darstellung als in Figur 11. Dabei speist in diesem System ein kommerzieller Helium-Kompressor 10 ein motorgetriebenes Rotationsventil 15, das zur Steuerung das Heliumgasstromes dient.Figure 12 shows a schematic overall structure of a Pulse tube cooler according to the third embodiment in one more concrete representation than in FIG. 11 a commercial helium compressor 10 motor-driven rotary valve 15, which for controlling the Helium gas flow is used.

    Zur mechanischen Entkopplung und zur Reduzierung von elektromagnetischen Störungen können der eigentliche Kühler und das Rotationsventil über eine flexible Kunststoffleitung 12 miteinander verbunden.For mechanical decoupling and for reducing Electromagnetic interference can be the real cooler and the rotary valve via a flexible plastic line 12 connected to each other.

    Figur 13 zeigt eine schematische Darstellung eines zweistufiges Pulsröhrenkühlersystem mit den wichtigstem Komponenten, wie es beispielsweise für die dritte bzw. vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung verwendbar ist. Zur Erzeugung von Druckoszillationen ist ein Kompressor 10 an ein Rotationsventil 15 gekoppelt. Eine Leitung 12 verbindet das Rotationsventil 15 mit dem Pulsröhrenkühlersystem. Dieses weist einen Regenerator 40 der ersten Stufe und einen Regenerator 50 der zweiten Stufe auf, wobei zwischen diesen ein Flußausrichter ("flow straightener") 55 angeordnet ist. Es ist auch denkbar, eine andere Regeneratoranordnung zu wählen, bei der beispielsweise zwei getrennte Regeneratoren verwendet werden. Ferner weist das Pulsröhrenkühlersystem ein erstes Pulsrohr 20 mit einem warmen Wärmetauscher 22 und einem kalten Wärmetauscher bzw. Kaltkopf 24 und ein zweites Pulsrohr 30 mit einem warmen Wärmetauscher 32 und einem kalten Wärmetauscher bzw. Kaltkopf 34 auf. Die jeweiligen warmen Wärmetauscher 22 und 32 sind über Drosselventile, beispielsweise in der Form von Nadelventilen 26 und 36, mit einem gemeinsamen Ballastbehälter bzw. Ballastvolumen 70 verbunden. Es ist ferner denkbar, daß anstelle des gemeinsamen Ballastvolumens zwei getrennte Ballastvolumina verwendet werden. Außerdem sind an den jeweiligen warmen Wärmetauschern 22 und 32 Ventile 38 und 28 für einen zweiten Einlaß vorgesehen. Der Kaltkopf 24 des zweiten Pulsrohrs 30 kühlt dabei einen von einem Wärme- bzw. Strahlungsschild 92 umgebenen Bereich bis auf ungefähr maximal 50 K vor, während am Kaltkopf 24 des ersten Pulsrohrs 20 eine Temperatur von ungefähr 2,2 bis 4,2 K bereitgestellt wird (vgl. dazu C. Wang et al.:"A two-stage pulse tube cooler operating below 4 K", Cryogenics 1997, Volume 37, Nr. 3).Figure 13 shows a schematic representation of a two-stage pulse tube cooler system with the most important Components, such as for the third or fourth embodiment of the cooling device according to the invention is usable. To generate pressure oscillations a compressor 10 is coupled to a rotary valve 15. A line 12 connects the rotary valve 15 with the Pulse tube cooler system. This has a regenerator 40 of the first stage and a regenerator 50 of the second stage , with a flow aligner ("flow straightener ") 55 is arranged. It is also conceivable to use a to choose another regenerator arrangement, for example two separate regenerators can be used. Further the pulse tube cooler system has a first pulse tube 20 a warm heat exchanger 22 and a cold heat exchanger or cold head 24 and a second pulse tube 30 with a warm heat exchanger 32 and a cold heat exchanger or cold head 34. The respective warm heat exchangers 22 and 32 are via throttle valves, for example in the Form of needle valves 26 and 36, with a common Ballast container or ballast volume 70 connected. It is further conceivable that instead of the common ballast volume two separate ballast volumes can be used. Moreover are on the respective warm heat exchangers 22 and 32 valves 38 and 28 are provided for a second inlet. The cold head 24 of the second pulse tube 30 cools one area surrounded by a heat or radiation shield 92 up to a maximum of about 50 K, while on the cold head 24 of the first pulse tube 20 has a temperature of approximately 2.2 up to 4.2 K is provided (see also C. Wang et al.:"A two-stage pulse tube cooler operating below 4 K ", Cryogenics 1997, Volume 37, No. 3).

    Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung, die Pulsröhrenkühler aufweist, ist aufgrund der fehlenden beweglichen Teile sehr vibrationsarm und deshalb auch besonders gut für die Kühlung von empfindlichen Sensoren wie SQUIDs geeignet. The cooling device according to the invention, the pulse tube cooler has due to the lack of moving Parts with very little vibration and therefore particularly good for suitable for cooling sensitive sensors such as SQUIDs.

    Offenbart ist eine Kühlvorrichtung, die folgende Komponenten umfaßt: einen ersten Pulsröhrenkühler mit einem ersten Pulsrohr 20, das einen Warmkopf mit einer ersten Temperatur TA1 und einen Kaltkopf 24 mit einer bezüglich der ersten Temperatur tieferen zweiten Temperatur TE aufweist, und einem ersten Regenerator 40, der einen warmen Endabschnitt 44 und einen kalten Endabschnitt 46, welcher mit dem Kaltkopf des ersten Pulsrohrs verbunden ist, aufweist; ein zu kühlendes Objekt 82, das an den Kaltkopf des ersten Pulsröhrenkühlers thermisch gekoppelt ist; und eine Verbindungseinrichtung 62 zum mechanischen oder elektrischen Verbinden des zu kühlenden Objekts mit einem Bereich 60, der eine bezüglich der zweiten Temperatur TE höhere Temperatur TV aufweist. Der Bereich 60, der allgemein ein Gebiet oder eine Einrichtung mit einer höheren Temperatur als TE bezeichnet, kann dabei von einer Anschlußeinrichtung 60 für die Verbindungseinrichtung gebildet werden oder mit dieser in thermischem Kontakt stehen. Die Anschlußeinrichtung kann ferner ein mechanisches Befestigungsmittel, wie beispielsweise ein Klebemittel oder eine Verschraubung, oder auch einen elektrischen Anschluß aufweisen. Erfindungsgemäß verläuft die Verbindungseinrichtung zumindest teilweise in thermischem Kontakt entlang des ersten Pulsrohrs vom Warmkopf zum Kaltkopf und/oder teilweise in thermischem Kontakt entlang des ersten Regenerators vom warmen Endabschnitt zum kalten Endabschnitt. Dadurch wird die Verbindungseinrichtung schon vor dem Kontakt mit dem zu kühlenden Objekt bzw. Kaltkopf des ersten Pulsrohrs 20 vorgekühlt, was zu einer geringeren Wärmelast auf den Kaltkopf 24 führt. A cooling device is disclosed which comprises the following components: a first pulse tube cooler with a first pulse tube 20, which has a warm head with a first temperature T A1 and a cold head 24 with a second temperature T E which is lower than the first temperature, and a first regenerator 40 having a warm end portion 44 and a cold end portion 46 connected to the cold head of the first pulse tube; an object to be cooled 82 that is thermally coupled to the cold head of the first pulse tube cooler; and a connecting device 62 for mechanically or electrically connecting the object to be cooled to a region 60 which has a temperature T V that is higher than the second temperature T E. The region 60, which generally designates an area or a device with a temperature higher than T E , can be formed by a connection device 60 for the connecting device or be in thermal contact with it. The connection device can furthermore have a mechanical fastening means, such as an adhesive or a screw connection, or also an electrical connection. According to the invention, the connecting device runs at least partially in thermal contact along the first pulse tube from the warm head to the cold head and / or partially in thermal contact along the first regenerator from the warm end section to the cold end section. As a result, the connecting device is pre-cooled even before contact with the object or cold head of the first pulse tube 20 to be cooled, which leads to a lower thermal load on the cold head 24.

    BezugszeichenlisteReference list

    1010th
    Kompressorcompressor
    1212th
    Leitung vom Kompressor wegLine away from the compressor
    1515
    RotationsventilRotary valve
    2020th
    Pulsrohr, erstes PulsrohrPulse tube, first pulse tube
    2222
    warmer Wärmetauscher von 20warm heat exchanger from 20
    2424th
    kalter Wärmetauscher, Kaltkopf von 20cold heat exchanger, cold head of 20
    2626
    Strömungswiderstand, Nadelventil zu 70Flow resistance, needle valve to 70
    2828
    Ventil des zweiten EinlassesSecond inlet valve
    3030th
    zweites Pulsrohrsecond pulse tube
    3232
    warmer Wärmetauscher von 30warm heat exchanger from 30
    3434
    kalter Wärmetauscher, Kaltkopf von 30cold heat exchanger, cold head of 30
    3636
    Strömungswiderstand, Nadelventil zu 70Flow resistance, needle valve to 70
    3838
    Ventil des zweiten EinlassesSecond inlet valve
    4040
    Regenerator, Regenerator der ersten StufeRegenerator, first stage regenerator
    4242
    Leitung von 46 zu 24Line from 46 to 24
    4444
    warmer Endabschnitt von 40warm end section of 40
    4646
    kalter Endabschnitt von 40cold end section of 40
    5050
    Regenerator der zweiten StufeSecond stage regenerator
    5252
    Leitung von 56 zu 34Leading from 56 to 34
    5454
    warmer Endabschnitt von 50warm end section of 50
    5555
    Flußausrichter zwischen 40 und 50Flow aligners between 40 and 50
    5656
    kalter Endabschnitt von 50cold end section of 50
    6060
    Anschlußeinrichtung, BereichConnection facility, area
    6262
    Verbindungseinrichtung (elektr.,mechanisch), HalteteilConnecting device (electrical, mechanical), Holding part
    6363
    KontaktteilContact part
    6464
    thermische Abfangeinrichtungthermal interception device
    7070
    BallastvolumenBallast volume
    8282
    Magnet, zu kühlendes ObjektMagnet, object to be cooled

    Claims (17)

    Kühlvorrichtung, die aufweist: einen ersten Pulsröhrenkühler mit einem ersten Pulsrohr (20), das einen Warmkopf mit einer ersten Temperatur (TA1) und einen Kaltkopf (24) mit einer bezüglich der ersten Temperatur tieferen zweiten Temperatur (TE) aufweist, und einem ersten Regenerator (40), der einen warmen Endabschnitt (44) und einen kalten Endabschnitt (46), welcher mit dem Kaltkopf (24) des ersten Pulsrohrs (20) verbunden ist, aufweist; ein zu kühlendes Objekt (82), das an den Kaltkopf (24) des ersten Pulsrohrs (20) thermisch gekoppelt ist; und eine Verbindungseinrichtung (62) zum elektrischen Verbinden des zu kühlenden Objekts (82) mit einem Bereich (60), der eine bezüglich der zweiten Temperatur (TE) höhere Temperatur (TV) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (62) zumindest teilweise in thermischem Kontakt mit dem ersten Pulsrohr (20) und/oder teilweise in thermischem Kontakt mit dem ersten Regenerator (40) verläuft. Cooling device comprising: a first pulse tube cooler with a first pulse tube (20), which has a warm head with a first temperature (T A1 ) and a cold head (24) with a second temperature (T E ) lower than the first temperature, and a first regenerator (40) which has a warm end section (44) and a cold end section (46) which is connected to the cold head (24) of the first pulse tube (20); an object (82) to be cooled, which is thermally coupled to the cold head (24) of the first pulse tube (20); and a connecting device (62) for electrically connecting the object (82) to be cooled to a region (60) which has a higher temperature (T V ) than the second temperature (T E ), characterized in that that the connecting device (62) runs at least partially in thermal contact with the first pulse tube (20) and / or partially in thermal contact with the first regenerator (40). Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (62) supraleitende und/oder normalleitende elektrische Zuleitungen aufweist.Cooling device according to claim 1, characterized in that the connecting device (62) superconducting and / or has normally conducting electrical feed lines. Kühlvorrichtung, die aufweist: einen ersten Pulsröhrenkühler mit einem ersten Pulsrohr (20), das einen Warmkopf mit einer ersten Temperatur (TA1) und einen Kaltkopf (24) mit einer bezüglich der ersten Temperatur tieferen zweiten Temperatur (TE) aufweist, und einem ersten Regenerator (40), der einen warmen Endabschnitt (44) und einen kalten Endabschnitt (46), welcher mit dem Kaltkopf (24) des ersten Pulsrohrs (20) verbunden ist, aufweist; ein zu kühlendes Objekt (82), das an den Kaltkopf (24) des ersten Pulsrohrs (20) thermisch gekoppelt ist; und eine Verbindungseinrichtung (62,63) zum mechanischen Einwirken auf das zu kühlende Objekt (82) und/oder zum Halten von diesem mit einem ersten Ende, das mit dem zu kühlenden Objekt (82) verbunden ist, und einem zweiten Ende, das mit einem Bereich (60), der eine bezüglich der zweiten Temperatur (TE) höhere Temperatur (TV) aufweist, verbunden ist, wobei die Verbindungseinrichtung (62,63) zumindest teilweise in thermischem Kontakt mit dem ersten Pulsrohr (20) und/oder teilweise in thermischem Kontakt mit dem ersten Regenerator (40) verläuft. Cooling device comprising: a first pulse tube cooler with a first pulse tube (20), which has a warm head with a first temperature (T A1 ) and a cold head (24) with a second temperature (T E ) lower than the first temperature, and a first regenerator (40) which has a warm end section (44) and a cold end section (46) which is connected to the cold head (24) of the first pulse tube (20); an object (82) to be cooled, which is thermally coupled to the cold head (24) of the first pulse tube (20); and a connecting device (62, 63) for mechanically acting on and / or for holding the object to be cooled with a first end which is connected to the object to be cooled and a second end which is connected to a Region (60) which has a higher temperature (T V ) than the second temperature (T E ) is connected, wherein the connecting device (62, 63) runs at least partially in thermal contact with the first pulse tube (20) and / or partially in thermal contact with the first regenerator (40). Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (62,63) zum Halten des zu kühlenden Objekts (82) einen zweiteiligen Aufbau hat, der ein Halteteil (62) zum Halten des zu kühlenden Objekts (82) an einer Anschlußeinrichtung (60), die mit dem Bereich (60) in thermischem Kontakt steht, und ein Kontaktteil (63) zum Herstellen eines thermischen Kontakts zwischen dem ersten Pulsrohr (20) und/oder dem ersten Regenerator (40) aufweist.Cooling device according to claim 3, characterized in that the connecting device (62,63) for holding the object to be cooled (82) has a two-part structure, which is a holding part (62) for holding the object to be cooled (82) on a connection device (60) which is connected to the area (60) is in thermal contact, and a contact part (63) for making thermal contact between the first Pulse tube (20) and / or the first regenerator (40) having. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteteil (62) aus einem schlecht wärmeleitendem Material und das Kontaktteil (63) aus einem gut wärmeleitendem Material besteht.Cooling device according to claim 4, characterized in that the holding part (62) from a poorly heat-conducting Material and the contact part (63) from a good heat-conducting Material exists. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (62,63) zumindest teilweise entlang des ersten Pulsrohrs (20) vom Warmkopf zum Kaltkopf (24) und/oder teilweise entlang des ersten Regenerators (40) vom warmen Endabschnitt (44) zum kalten Endabschnitt (46) verläuft. Cooling device according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the connecting device (62, 63) at least partially along the first pulse tube (20) from the hot head to the cold head (24) and / or partially along of the first regenerator (40) from the warm end section (44) to the cold end section (46). Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen zweiten Pulsröhrenkühler mit einem zweiten Pulsrohr (30), das einen Warmkopf mit einer dritten Temperatur (TA2) und einen Kaltkopf (34) mit einer bezüglich der dritten Temperatur (TA2) tieferen vierten Temperatur (TZ), die zwischen der ersten Temperatur (TA1) und der zweiten Temperatur (TE) liegt, aufweist, und einem zweiten Regenerator (50), der einen warmen Endabschnitt (54) und einen kalten Endabschnitt (56), welcher mit dem Kaltkopf (34) des zweiten Pulsrohrs (30) verbunden ist, aufweist, wobei an dem zweiten Pulsröhrenkühler die vierte Temperatur (TZ) zum Vorkühlen des ersten Pulsröhrenkühlers bereitgestellt wird.Cooling device according to one of claims 1 to 6, characterized by a second pulse tube cooler with a second pulse tube (30) which a warm head with a third temperature (T A2 ) and a cold head (34) with a lower with respect to the third temperature (T A2 ) fourth temperature (T Z ), which lies between the first temperature (T A1 ) and the second temperature (T E ), and a second regenerator (50), which has a warm end section (54) and a cold end section (56) , which is connected to the cold head (34) of the second pulse tube (30), the fourth temperature (T Z ) for precooling the first pulse tube cooler being provided on the second pulse tube cooler. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Regenerator (20) den zweiten Regenerator (30) als seinen warmen Endabschnitt mit verwendet.Cooling device according to claim 7, characterized in that the first regenerator (20) the second regenerator (30) used as its warm end section. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (TV) des Bereichs (60) höher als die vierte Temperatur (TZ) liegt, wobei die Verbindungseinrichtung (62,63) zumindest teilweise entlang des zweiten Pulsrohrs (30) vom Warmkopf zum Kaltkopf (34) und/oder zumindest teilweise entlang des zweiten Regenerators (50) vom warmen Endabschnitt (54) zum kalten Endabschnitt (56) verläuft.Cooling device according to claim 7 or 8, characterized in that the temperature (T V ) of the region (60) is higher than the fourth temperature (T Z ), the connecting device (62, 63) at least partially along the second pulse tube (30) from the warm head to the cold head (34) and / or at least partially along the second regenerator (50) from the warm end section (54) to the cold end section (56). Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kühlende Objekt (82) einen Magnet aufweist.Cooling device according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the object to be cooled (82) has a Magnet has. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kühlende Objekt (82) einen Sensor zum Erfassen von Teilchen, Strahlung oder Feldern aufweist. Cooling device according to one of claims 1 to 10, characterized characterized in that the object to be cooled (82) has a Sensor for the detection of particles, radiation or fields having. Kühlvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Hochtemperatursupralteiter-SQUID oder ein Tieftemperatursupralteiter-SQUID ist.Cooling device according to claim 11, characterized in that the sensor is a high temperature superconductor SQUID or is a low temperature superconductor SQUID. Kühlvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein auf einem Tieftemperatureffekt basierender Sensor ist, der an eine Tieftemperaturkühleinrichtung thermisch gekoppelt ist und von dieser gekühlt wird.Cooling device according to claim 11, characterized in that the sensor is based on a low temperature effect Sensor is connected to a cryogenic cooler is thermally coupled and cooled by it becomes. Kühlvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Tieftemperaturkühleinrichtung eine Entmagnetisierungsstufe aufweist.Cooling device according to claim 13, characterized in that the cryogenic cooling device has a demagnetization stage having. Kühlvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Phasenübergangsthermometer, eine supraleitende Tunneldiode, einen Thermistor oder ein magnetisches Bolometer aufweist.Cooling device according to claim 13 or 14, characterized in that that the sensor is a phase transition thermometer, a superconducting tunnel diode, a thermistor or has a magnetic bolometer. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kühlende Objekt (82) eine Vielzahl von Sensoren aufweist.Cooling device according to one of claims 11 to 15, characterized in that the object to be cooled (82) is a Has a variety of sensors. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (62,63) durch Kleben, Wickeln oder mittels Schellen an dem ersten (20) bzw. zweiten (30) Pulsrohr und/oder an dem ersten (40) bzw. zweiten (50) Regenerator in thermischen Kontakt gebracht wird.Cooling device according to one of claims 1 to 16, characterized characterized in that the connecting device (62,63) by gluing, wrapping or using clamps on the first (20) or second (30) pulse tube and / or on the first (40) or second (50) regenerator in thermal contact brought.
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