SU1735682A1

SU1735682A1 - Cryostat for investigation of superconducting material

Info

Publication number: SU1735682A1
Application number: SU904803766A
Authority: SU
Inventors: Андрей Георгиевич Алексеев; Андрей Владимирович Андреев; Александр Федорович Дробченко; Юрий Иванович Духанин; Игорь Михайлович Морковкин
Original assignee: Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им.40-летия Октября
Priority date: 1990-01-30
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1992-05-23

Abstract

Использование: относитс к криогенной технике, к криостатам дл исследовани сверхпровод щих материалов в среде сжиженного газа в услови х воздействи внешнего магнитного пол . Сущность изобретени : в теплоизолированном корпусе размещен сосуд дл жидкого криоагента со сквозным каналом в крышке. Вдоль оси канала установлена с возможностью перемещени штанга, в полости которой на участке, расположенном внутри сосуда дл криоагента, образована камера дл образца , а в стенке штанги выполнены радиальные отверсти дл введени образца. Дл смены образца штангу частично вывод т из криостата. При этом посредством вакуумного насоса производ т откачку гели из камеры , а после установки нового образца откачку воздуха из камеры, что исключает загр знение гели в сосуде с примес ми воздуха. 1 ил. СПUse: refers to a cryogenic technique, to cryostats for the study of superconducting materials in a liquefied gas environment under the influence of an external magnetic field. SUMMARY OF THE INVENTION: A vessel for a liquid cryogenic agent with a through channel in the lid is placed in a thermally insulated housing. Along the channel axis, a rod is mounted for movement, in the cavity of which a sample chamber is formed in the area located inside the vessel for the cryogenic agent, and radial holes for insertion of the sample are made in the wall of the rod. To change the sample, the rod is partially removed from the cryostat. In this case, the gels are pumped out of the chamber by means of a vacuum pump, and after the new sample is installed, the air is pumped out of the chamber, which prevents contamination of the gels in the vessel with air impurities. 1 il. SP

Description

Изобретение относитс к криогенной технике, в частности к криостатам дл исследовани сверхпровод щих материалов в среде сжиженного газа в услови х воздействи внешнего магнитного пол , когда помимо низкой температуры на возникновение влени сверхпроводимости и на электрические характеристики исс- ледуемого материала существенное вли ние оказывает величина напр женности и ориентации внешнего магнитного пол .The invention relates to a cryogenic technique, in particular to cryostats for the study of superconducting materials in a liquefied gas environment under the conditions of an external magnetic field, when, in addition to low temperature, the magnitude of the intensity of the occurrence of superconductivity and the electrical characteristics of the material under study and orientation of the external magnetic field.

Известен криостат, содержащий внутри отвакуумированного корпуса центральный сосуд со сверхпровод щим соленоидом и жидким криоагентом, сосуд с другим криоа- гентом, снабженный радиационным экраном, охватывающим центральный сосуд, центральный канал дл размещени исследуемых образцов, соосный соленоиду и открытый наружу, причем канал внутри криостата окружен теплопроводными радиальными экранами, контактирующими с сосудами .A cryostat is known that contains a central vessel with a superconducting solenoid and a liquid cryoagent inside the evacuated body, a vessel with another cryogenic agent equipped with a radiation screen covering the central vessel, a central channel for accommodating the samples under study, coaxially with the solenoid and open to the outside, the channel inside the cryostat is surrounded heat-conducting radial screens in contact with vessels.

В предлагаемом криостате исследование образцов осуществл етс внутри центрального канала при воздействии внешнего магнитного пол , создаваемого соленоидом . Однако охлаждение и криостатирова- ние образца, а следовательно, и получение сверхпровод щего состо ни , невозможно без размещени его в дополнительном индивидуальном криостате, поскольку центральный канал открыт наружу. Известен криостат дл исследовани сверхпровод щих материалов, содержащим теплоизолированный корпус, размещенный в нем сосуд дл жидкого криоагента, в крышке которого выполнен сквозной канал, камеру дл образца , взаимосв занную со штангой, расположенной с возможностью перемещени In the proposed cryostat, samples are examined inside the central channel when exposed to an external magnetic field created by a solenoid. However, cooling and cryostatting of the sample, and hence, obtaining the superconducting state, is impossible without placing it in an additional individual cryostat, since the central channel is open to the outside. A cryostat is known for the investigation of superconducting materials, which contains a heat-insulated body, a vessel for a liquid cryoagent placed in it, in the lid of which a through channel is made, a sample chamber interconnected with a rod that is movable

4 СО СЛ4 CO SL

О ABOUT

вдоль оси, Этот криостат вл етс наиболее близким к предлагаемому.along the axis, This cryostat is closest to the proposed one.

В криостате-прототипе возможны точна регулировка положени и фиксаци образца при проведении эксперимента, однако при замене образца необходимо выполнение р да операций, включающих демонтаж внутреннего стакана и камеры с образцом, последующую их сборку, герметизацию соединений, вакуумную откачку теплоизол ционных полостей криостата, охлаждение камеры, образца, радиационных экранов, подвески и юстировочного механизма до рабочих температур. Таким образом, многочисленные и сложные one- рации при замене образцов увеличивают продолжительность подготовительных операций и привод т к дополнительным потер м ожиженного криоагента от испарени .In the prototype cryostat, it is possible to precisely adjust the position and fixation of the sample during the experiment, however, when replacing the sample, it is necessary to perform a number of operations, including disassembling the inner cup and chamber with the sample, their subsequent assembly, sealing the connections, vacuuming the heat insulating cavities of the cryostat, cooling the chamber , sample, radiation shields, suspension and adjustment mechanism to operating temperatures. Thus, numerous and complex arrangements for replacing samples increase the duration of preparatory operations and lead to additional losses of the liquefied cryoagent from evaporation.

Цель изобретени - сокращение потерь криоагента при смене образца.The purpose of the invention is to reduce the loss of the cryogenic agent when changing the sample.

На чертеже представлена технологическа схема криостата.The drawing shows a flow chart of a cryostat.

Криостат дл исследовани сверхпровод щих материалов содержит теплоизоли- рованный корпус 1, внутри которого размещен сосуд 2 дл жидкого криоагента с крышкой 3, в которой выполнен сквозной канал 4, камеру 5 дл размещени исследуемого образца 6, взаимосв занную со штан- гой 7 таким образом, что камера 5 образована в полости штанги 7 на участке ее, расположенном внутри сосуда 2 дл криоагента . Причем высота камеры 5 не превышает длину канала 4. Штанга 7 выполнена в виде стержн , поперечное сечение которого соответствует поперечному сечению канала 4, с возможностью перемещени вдоль его оси, и имеет радиальные отверсти 8 дл введени в камеру 5 образца 6. Штанга 7 выполнена из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например фторопласта . Криостат имеет устройство 9 дл откачки газа /например, вакуумный насос/, сообщенное трубопроводом 10 с полостью канала 4. Дополнительно криостат снабжен трубопроводом 11 подачи жидкого криоагента в сосуд 2, трубопроводом 12 дл выведени паров криоагента, обмоткой 13 сверхпровод щего магнита, обеспечиваю- щей возможность испытани образца б в магнитном поле при низких температурах и диагностическими проводами 14 от исследуемого образца 6 сверхпровод щего материала , выведенными наружу через штангу. Точное регулирование положени исследуемого образца 6 внутри сосуда 2 в неоднородном по величине напр женности магнитном поле обмотки 13 обеспечиваетс за счет подвижности штанги 7 и ее соосности каналу 4 и достигаетс известными конструктивными способами, например, при применении резьбового соединени штаги 7 и канала 4. Радиальное отверстие 8 позвол ет вводить исследуемый образец 6 в камеру 5 и организовать его эффективное охлаждение при непосредственном контакте с криожидкостью в сосуде 2.A cryostat for the study of superconducting materials contains a thermally insulated housing 1, inside of which a vessel 2 for a liquid cryoagent with a lid 3 is placed, in which a through channel 4 is made, a chamber 5 for accommodating the test sample 6 interconnected with a rod 7. that the chamber 5 is formed in the cavity of the rod 7 at its site located inside the vessel 2 for the cryoagent. Moreover, the height of the chamber 5 does not exceed the length of the channel 4. The rod 7 is made in the form of a rod, the cross section of which corresponds to the cross section of channel 4, can be moved along its axis, and has radial holes 8 for insertion into the chamber 5 of sample 6. The rod 7 is made of material with a low thermal conductivity, such as fluoroplastic. The cryostat has a device 9 for pumping out gas (for example, a vacuum pump) connected by a pipe 10 to the cavity of channel 4. Additionally, the cryostat is equipped with a pipe 11 for supplying a liquid cryoagent to the vessel 2, a pipe 12 for removing vapor of the cryoagent, a winding 13 for the superconducting magnet providing the ability to test sample b in a magnetic field at low temperatures and diagnostic wires 14 from the sample 6 of the superconducting material under investigation, brought out through the rod. Exact regulation of the position of the sample 6 inside the vessel 2 in the magnetic field of the winding 13 that is not uniform in magnitude is provided by the mobility of the rod 7 and its coaxiality to channel 4 and is achieved by known constructive methods, for example, using a threaded joint of rod 7 and channel 4. Radial hole 8 allows the test sample 6 to be introduced into the chamber 5 and to organize its effective cooling by direct contact with the cryo-liquid in the vessel 2.

В рабочей полости сосуда 2 канал снабжен насадком 15, который установлен соос- но каналу 4 и повтор ет его сечение.In the working cavity of the vessel 2, the channel is provided with a nozzle 15, which is installed coaxially with channel 4 and repeats its section.

Предлагаемый криостат дл исследовани сверхпровод щих материалов работает следующим образом. Предварительно осуществл ют установку исследуемого образца 6, дл чего штангу 7 частично вывод т из канала 4 криостата таким образом, чтобы иметь доступ к камере 5 через радиальные отверсти 8, где размещают образец 6 и соедин ют его с диагностическими проводами 14. Затем штангу 7 с образцом 6 опускают в криостат, фиксируют ее положение и откачивают сосуд 2 с целью смены газовой среды через трубопровод 12 сторонними средствами. После откачки воздуха из сосуда 2 осуществл ют его охлаждение и заполнение криожидкостью, например жидким гелием, Дл этого жидкий гелий подают в сосуд 2 по трубопроводу 11, а отход щие пары гели вывод т из криостата через трубопровод 12. При достижении номинального уровн жидкого гели в сосуде 2 и заведении тока в обмотку 13 сверхпровод щего магнита провод т исследовани сверхпровод щего образца б /токовые вводы обмотки 13 условно показаны/ Дл смены образца 6 штангу 7 частично вывод т из криостата. При этом откачивают пар гели из камеры 5 через трубопровод 10 с помощью откачивающего устройства 9, например вакуумного насоса. После смены образца 6 при опускании штанги 7 камеру 5 вновь откачивают дл удалени воздуха с использованием устройства 9 и трубопровода 10, что исключает загр знение гели в сосуде 2 примес ми воздуха. При дальнейшем опускании штанги 7 жидкий гелий из сосуда 2 попадает в камеру 5 через радиальное отверстие 8 и образец 6 охлаждаетс до рабочей температуры. Изменением положени штанги 7 относительно обмотки 13 обес- печивают размещение исследуемого образца 6 в области требуемой напр женности магнитного пол , а затем провод т измерение его характеристик.The proposed cryostat for the study of superconducting materials works as follows. Sample 6 is pre-installed, for which rod 7 is partially removed from channel 4 of the cryostat so as to have access to chamber 5 through radial holes 8 where sample 6 is placed and connected to diagnostic wires 14. Then bar 7 sample 6 is lowered into the cryostat, its position is fixed and the vessel 2 is pumped out in order to change the gaseous medium through the pipeline with 12 external means. After pumping out the air from vessel 2, it is cooled and filled with cryo-liquid, such as liquid helium. For this, liquid helium is supplied to vessel 2 via line 11, and the waste helium vapor is removed from the cryostat through line 12. When the nominal level of liquid helium is reached, The vessel 2 and the introduction of current into the winding 13 of the superconducting magnet are used to study the superconducting sample / current inputs of the winding 13 conventionally shown. To change the sample 6, the rod 7 is partially removed from the cryostat. At the same time, steam of gels is pumped out of chamber 5 through pipe 10 with the help of a pumping device 9, for example, a vacuum pump. After changing sample 6 when lowering rod 7, chamber 5 is pumped out again to remove air using device 9 and conduit 10, which eliminates contamination of gels in vessel 2 with air impurities. Upon further lowering of the rod 7, liquid helium from vessel 2 enters chamber 5 through the radial opening 8 and sample 6 is cooled to operating temperature. By changing the position of the rod 7 relative to the winding 13, the test sample 6 is placed in the area of the required magnetic field strength, and then its characteristics are measured.

Выполнение штанги из материала с низким коэффициентом теплопроводности и в виде стержн с поперечным сечением, повтор ющим сечение канала, позвол ет уменьшить теплоприток из окружающейMaking the rod out of a material with a low thermal conductivity and in the form of a rod with a cross section that repeats the cross section of the channel reduces the heat leakage from the surrounding

среды к жидкому криоагенту, а также практически исключить протечки криоагента по каналу из сосуда в окружающую среду за счет того, что высота камеры не превышает длину канала. Соединение канала трубопроводом с откачивающим устройством позвол ет при выведении штанги из криостата удалить криоагент из камеры в сторонний резервуар и исключить его потери в окружающую среду, а при введении штанги в кри остат исключить попадание воздуха из камеры в сосуд.environment to the liquid cryoagent, as well as virtually eliminate leakage of the cryoagent through the channel from the vessel to the environment due to the fact that the height of the chamber does not exceed the length of the channel. When connecting the channel with the pumping device, the channel allows removing the cryoagent from the chamber to a third-party tank when removing the rod from the cryostat and excluding its loss into the environment when introducing the rod into the vessel and eliminating air from the chamber into the vessel.

Claims

The use of the proposed cryostat allows one to conduct studies with one or several samples of superconducting materials while reducing the loss of the cryoagent when changing samples by reducing the duration of intermediate operations. Invention 1. A cryostat for studying superconducting materials

an insulated body, a vessel for liquid cryoagent placed in it, in the lid of which a through channel is made; a chamber for a sample interconnected with a rod arranged movably along the axis of the channel, characterized in that, in order to reduce the loss of the cryoagent when changing the sample, the rod is made in the form of a rod from a material with a low thermal conductivity coefficient, the cross section of which corresponds to the cross section of the channel, while the chamber is formed in the rod cavity on its section located inside yes krioa- for 15 Ghent, and in the wall of the rod in the area provided with radial openings for introducing a sample, wherein the chamber height is less than the channel length

2 A cryostat pop 1, characterized in that it is equipped with a device for pumping gas, communicated by pipeline to the channel cavity