SU1702127A1 - Криостат - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к криогенной технике, в частности к криостатам с регулируемой температурой дл  оптических исследований образцов. Цель изобретени  - повышение точности исследовани  путем снижени  градиента температуры по поверхности образца и повышение удобства при эксплуатации. Теплообменник 4 с трубопроводами укрепл ют в днище 14 шунтирующего приспособлени ,закрепленного на крышке 3. Устанавливают последнюю на корпус 1. Производ т вакуумирование корпуса 1. Осуществл ют подачу криоагента по трубопроводам, проход щим через полость Теплообменника 4. Особо тонкостенна  труба 13 служит тепловым ростом между днищем 14 с холодными спа ми трубопроводов и крышкой 3. Тепловые потоки уменьшаютс  радиационными экранами 9 и 10. При смене образца продувают сухой азот через теплообменник 4, напускают в корпус 1 сухой азот, поднимают крышку 3 и замен ют образцы. 2 ил. СО С vi о ю ю VI

Description

Изобретение относитс  к криогенной технике, в частности к криостатам с регулируемой температурой дл  оптических исследований , и может быть использовано дл  исследовани  сверхпроводимости, электропроводимости , фотопроводимости, а также спектров пропускани  материалов.

Известен криостат, содержащий резервуар дл  криогенной жидкости, на котором на элементе основной тепловой св зи подвешена камера дл  размещени  объекта криостатировани , и элемент дополнительной тепловой св зи между резервуаром и камерой.

Недостатком криостата  вл етс  размещение в одном корпусе резервуара с хладагентом и камеры дл  объекта криостатировани , что увеличивает габариты и представл ет неудобства при необходимости быстрой смены образцов.

Известен также криостат дл  оптических исследований образцов при сверхнизких температурах, содержащий рефрижератор растворени  гели -3 в гелии- 4 с камерой растворени  и держателем образца , тракт дл  падвода оптического излучени , в котором выполнены окна, расположенные на стенках рефрижератора на одной оси с осью держател  образца и выполненные из материала, поглощающего инфракрасное излучение.

Недостатком криостата7особенно дл  задач, когда требуетс  быстра  смена образца ,  вл етс  размещение водном корпусе с теплообменниками и образцом сосуда с криоагентом.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  криостат дл  исследовани  образца, содержащий вакуумированный корпус с оптическими окнами и съемной крышкой, теплообменник с трубопроводами подвода и отвода криоагента, диафрагму и радиационные экраны,установленные концентрично с образованием между ними зазора. Охлаждаемый объект закрепл ют на медном торце теплообменника. Дл  получени  необходимой температуры охлаждаемого объекта теплообменник снабжен электрическим нагревателем. В корпусе установлена емкость дл  криогенной жидкости.

Наличие в одном комплексе криостата сосуда с криоагентом и внутреннего нагревател  неизбежно увеличивает габариты криостата, требует большого расхода криоагента , особенно при температурах, близких к комнатной и, кроме того, в силу большой общей теплоемкости системы обладает большой инерционностью при переходе от одной температуры охлаждени  к другой. Размещение трубопроводов и радиационного экрана ввиду большой прот женности хладопроводов вносит неоднородность в распределение теплопритоков, а значит и в распределение температуры по

поверхности образца, что негативно отражаетс  на точности исследований. Кроме того, данна  конструкци  не позвол ет производить быструю смену образца, при которой необходима разгерметизаци  ваку0 умного объема, что, в свою очередь, невозможно без удалени  криоагента и доведени  температуры теплообменника и емкости дл  криоагента до комнатной температуры .

5Цель изобретени  - повышение точности исследовани  путем снижени  градиента температуры по поверхности образца и повышение удобства при эксплуатации На фиг.1 изображен предлагаемый кри0 остат, общий вид; на фиг.2 - трубопроводы подвода и отвода криоагента.

Криостат содержит вакуумированный корпус 1 с оптическими окнами 2 и съемной крышкой 3, теплообменник 4 с трубопрово5 дами 5 и 6 подвода и отвода криоагента и размещаемой на нем охлаждаемой диафрагмой 7 дл  креплени  образца 8, радиаци- онные экраны 9 и 10, установленные концентрично с образованием между ними

0 зазора. Экраны 9 и 10 соединены с корпусом 1 посредством крепежных теплоизолирующих элементов 11 и в стенках их напротив окон 2 выполнены калиброванные отверсти  12.

5Криостат снабжен шунтирующим приспособлением в виде особо тонкостенной трубы 13 с днищем 14, кра  которой закреплены (приварены) на крышке 3, а днище 14 обращено в полость корпуса 1 и имеет отвер0 стие, при этом трубопроводы 5 и 6 размещены внутри трубы 13 и закреплены (впа ны) в отверстии днища 14 с обеспечением теплового контакта один с другим. В экранах 9 и 10 в зоне шунтирующего приспособлени 

5 выполнены сквозные прорези 15, размер которых соответствует толщине теплообменника 4 с образцом 8 и диафрагмой 7 дл  введени  и извлечени  его из полости, образованной внутренним экраном 9.

0 При работе криостата к его корпусу 1 через встроенный клапан присоедин ют средства откачки, к трубопроводу 5 - магистраль подвода криоагента, например от сосуда Дьюара, содержащую элементы по5 догрева парожидкостной смеси. Разъем, расположенный на крышке 3 криостата. соедин ют с кабелем дл  проводов, ведущих к термодатчику, установленному на теплообменнике 4 или образце 8, и дл  проводоЕ) подвода напр жени  и/или сн ти  сигнала

с образца. После этого крышку 3 с теплообменником 4 и диафрагмой 7 снимают с корпуса 1 (без отсоединени  магистрали охлаждени  и кабел , если смена образца или монтаж возможны на месте). Образец 8 подвод т под диафрагму 7, поджимают пружинами к теплообменнику 4, после чего устанавливают на корпусе 1 крышку 3 и уплотн ют ее. После откачки криостата до Па включают систему азотного питани  и стабилизации температуры. Криоа- гент проходит через трубопровод 5 подвода и затем, пройд  по каналам в теплообменнике 4, выходит через трубопровод 6. В качестве криоагента используетс  паро- жидкостна  смесь из сосуда Дьюара с жидким азотом при стабилизации давлени  над жидким азотом за счет поддува осушенного азота из баллона или пневмосистемы. При смене образца теплообменник 4 довод т до комнатной температуры с помощью продува сухого азота через теплообменник от того же баллона, затем перекрывают откачку криостата, напускают в него сухой азот, после чего снимают крышку 3. Труба 13 служит тепловым мостом между днищем 14 с холодными спа ми трубопроводов 5 и 6 и крышкой 3 криостата, наход щейс  при температуре корпуса. Тепловой поток, таким образом, шунтируетс  участком спа  трубопроводов, впа ных в днище 14 трубы 13. Теплопритоки на систему теплообменник 4 - образец 8 - диафрагма 7 определ ютс  в этом случае только распределенными в пространстве теплопритоками за счет излучени  окружающих поверхностей и теплопроводностью остаточного газа . Эти тепловые потоки уменьшаютс  экранами 9 и 10 (в количестве двух и более, дл  предотвращени  запотевани  окон),

Предлагаемый криостат в отличие от известных позвол ет повысить точность исследовани  образцов за счет снижени  градиента температуры по их поверхности. При разрежении не выше Па и соответствующей обработке поверхностей, участвующих в теплообмене излучением, тепло- притоки за счет излучени  и теплопроводности остаточного газа составл ют не более 4% мощности, рассеиваемой на криостате и 5 расходуемой на поддержание температуры образца, равной температуре жидкого азота . Охлаждение теплообменника, а значит и образца до температуры жидкого азота и нагрев его до комнатной температуры зани0 мают 8-10 мин на операцию. Если в ходе эксперимента необходимо сн ть зависимость параметров образца от температуры, .то в силу малой инерционности системы переход с одного на другой температурный

Claims (1)

1. 5 режимы при изменении температуры на 5- 10 К возможен в течение 3 мин. Формула изобретени  Криостат, содержащий вакуумирован- ный корпус с оптическими окнами и

   0 сьемной крышкой, теплообменник с трубопроводами подвода и отвода криоагента. диафрагму и радиационные экраны, установленные концентрично с образованием между ними зазора, отличающийс 

   5 тем, что, с целью повышени  точности исследовани  путем снижени  градиента температуры по поверхности образца и повышени  удобства при эксплуатации, он снабжен шунтирующим приспособлением в

   0 виде особотонкостенной трубы с днищем, кра  которой закреплены на крышке, а днище обращено в полость корпуса и имеет отверстие, при этом трубопроводы дл  подвода и отвода криоагента размещены внут5 ри трубы и герметично закреплены в отверстии днища с обеспечением теплового контакта один с другим, а радиационные экраны соединены с корпусом посредством, крепежных теплоизолирующих элементов и

   0 в стенках их напротив оптических окон выполнены калиброванные отверсти , а в зоне шунтирующего приспособлени  - сквозные прорези, размер которых соответствует толщине теплообменника с образцом дл  вве5 дени  и извлечени  его из полости, образованной внутренним экраном.

   фиг 2