JP5030064B2 - 極低温冷凍機 - Google Patents
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Description
Q=κπ(φ12―φ22)/4L
ただし、上式において、κは熱伝導率(W/cm・K)、φ1は連通部の外径(cm)、φ2は連通部の内径(cm)、Lは連通部の長さ(cm)である。
測定試料等を第3チャンバ23の内部に配置するか或いは第3チャンバ23の外底面に接着剤で取り付ける等してセットし、真空断熱ジャケット25を取り付けた後、ポンプ17を作動させる。この段階では真空断熱ジャケット25内部、第1チャンバ8、第2チャンバ10、第3チャンバ23および配管の大部分は空気で満たされている。
先ず、小型機械式冷凍機30を作動させる。そして、バルブ19,26を開けて、4HeガスコンテナB内の4Heガスを、配管L1、配管L2、モレキュラー・シールトラップT、配管L3、配管L8、L6、L4、バルブ26、4Heガス給排路を構成する配管50を通って、第1チャンバ8及び、連通部10aを通じて第2チャンバ10に供給する。
次にバルブ1,19,12を閉じてポンプ11を作動させて、バルブ13,4を開く。そしてバルブ14を開ける。そこで、バルブ16を徐々に開けることにより、第1チャンバ8及び第2チャンバ10内が真空引きにより強制排気され、第2チャンバ10内の液体4Heを強制的に気化させることで、第2チャンバ10内に溜まった液体4Heの潜熱を奪うことにより、温度は少しずつ下がり、約30分後には、第1チャンバ8内は3K程度となり、第2チャンバ10内は、1.4K程度に到達する。
(1)室温での準備
最初は全てのバルブV2〜V7を閉じておく。真空ポンプ171を作動させてバルブV6、V2、V4、V5,V3をその順に開く。約1時間真空引きをした後、バルブV2,V5,V4,V6をその順に閉じて、真空ポンプ171を停止させる。真空引きしている間に、バルブV9,V10を開けて、4HeガスコンテナB2から4Heガス供給手段B1である4Heガスコンテナに、圧力計P1の圧力が所定圧力(例えば、0.9atm)になるまで4Heガスを充填する。真空ポンプ171による真空引きを終了した後に、バルブV8,V5を開けて、第1チャンバ8(及び第2チャンバ10)に4Heガスを供給する。
(2)2.17K(この実施例では1.4K)以下への冷却
小型機械式冷凍機30を作動させる。数時間かけて、冷却ヘッド30aによって第1チャンバ8内の4Heガスが液化され、連通部10aを通じて、液体4Heが第2チャンバ10内に貯えられる。
8 第1チャンバ
9 第3輻射シールド
9A 第4輻射シールド
9B 第2輻射シールド
10 第2チャンバ
10a 連通部
11 第2真空ポンプ
17 第1真空ポンプ
23 第3チャンバ
25 真空断熱ジャケット
30 小型機械式冷凍機
30a 冷却ヘッド
31 インピーダンス部
40 循環流路
Claims (10)
- 高温側の第1段冷却ステージ及び低温側の第2段冷却ステージを備える小型機械式冷凍機と、
前記第2段冷却ステージに熱接触して接続されるとともに、4Heガス供給手段及び減圧排気手段と接続される第1チャンバと、
前記第1チャンバに低熱伝導性の連通部を介して連通接続された第2チャンバと、
前記第1段冷却ステージに熱接触して接続されるとともに、少なくとも前記第1チャンバ及び第2チャンバを包囲する第1輻射シールドと、
前記第1輻射シールドの外側に配置された真空断熱ジャケットと、
を有し、
前記連通部は、前記第1チャンバの底部及び前記第2チャンバの天部に開口し、前記第2チャンバの周壁部の内径又は内法より小さく絞られた内径又は内法を有していることを特徴とする極低温冷凍機。 - 前記第1輻射シールドの内側において、前記第1チャンバ及び前記第2段冷却ステージの少なくとも一方に熱接触して接続され、前記第2チャンバを覆う第2輻射シールドを更に備えることを特徴とする請求項1に記載の極低温冷凍機。
- 前記第1チャンバから減圧排気された4Heガスを再び前記第1チャンバ内の4Heガスと熱交換させて、前記第2チャンバ内に液体4Heを滴下させる循環流路を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の極低温冷凍機。
- 前記循環流路は、所定の流量抵抗を付与するインピーダンス部を備えることを特徴とする請求項3に記載の極低温冷凍機。
- 前記第1チャンバの底部に、取り外し可能な底板を備え、該底板が、前記連通部及び第2チャンバとともに取り外し可能に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の極低温冷凍機。
- 前記第2チャンバの底板に設けられ、3Heガスの供給と減圧排気とを行う3Heガス操作系と接続され、且つ、前記3Heガス操作系から供給される3Heガスを前記第2チャンバとの熱交換により液化させる熱交換器と、
前記熱交換器に、該熱交換器によって液化された液体3Heを低熱伝導性の連通部を介して受け入れ可能に接続された第3チャンバと、を更に備え、
前記第1輻射シールドは、前記第1チャンバ、第2チャンバ、及び第3チャンバを包括して覆うように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の極低温冷凍機。 - 前記第2段冷却ステージ及び前記第1チャンバの少なくとも一方に熱接触して接続されて、前記第2チャンバ及び前記第3チャンバを包括して覆う第3輻射シールドを、前記第1輻射シールドの内側に更に備えることを特徴とする請求項6に記載の極低温冷凍機。
- 前記第2チャンバに熱接触して接続されて、前記第3チャンバを覆う第4輻射シールドを、前記第1輻射シールドの内側に更に備えることを特徴とする請求項6に記載の極低温冷凍機。
- 前記第1輻射シールドの内側において、前記第2段冷却ステージ及び前記第1チャンバの少なくとも一方に熱接触して接続されて、前記第2チャンバ及び前記第3チャンバを包括して覆う第3輻射シールドと、
前記第3輻射シールの内側において、前記第2チャンバに熱接触して接続されて、前記第3チャンバを覆う第4輻射シールドと、
を更に備えることを特徴とする請求項6に記載の極低温冷凍機。 - 前記第2チャンバの底板が着脱可能となっていることを特徴とする請求項6に記載の極低温冷凍機。
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