SU398006A1

SU398006A1 - CRYOSTAT FOR VACUUM SUPER-CONDUCTING RESONATOR

Info

Publication number: SU398006A1
Application number: SU1705140A
Authority: SU
Inventors: Ю. В. Дедик Ф. Каплун

Description

II

Изобретение относитс к металлическим Криостатам, предназначенным дл охлаждени объемных сверхпровод щих СВЧ-резонаторов .This invention relates to metal cryostats designed to cool bulk superconducting microwave resonators.

В основном авт. св. N° 283439 описан криосгат дл сверхпровод пдего резонатора, в котором резонатор вл етс конструктивной частью гелиевой ванны. Гелиева ванна выполнена в виде сосуда, дном которого вл етс сверхпровод щий резонатор, размещенный в,нутр;и ва«ны и вакуумноплотно соединенный с ней, например, с помощью индиевого уплотнени .Basically auth. St. Nos. 283439 describes a cryosgat for a superconducting pdie resonator, in which the resonator is a constructive part of a helium bath. The helium bath is made in the form of a vessel, the bottom of which is a superconducting resonator placed in the interior and both of them and vacuum tightly connected to it, for example, by means of an indium seal.

Полость резонатора соединена с вакуумной полостью криостата, а снаружи резонатор омываетс жидким гелием. Така конструкци обеспечивает наиболее эффективное охлаждение сверхпровод щего резонатора и Максимальную добротность его при температурах 1,2-1,6° К. Резонатор, непосредственно омываемый гелием, позвол ет получить высокую кратковременную стабильность частоты и чрезвычайно низкий уровень шумов СВЧгенераторов .The cavity of the resonator is connected to the vacuum cavity of the cryostat, and outside the cavity is washed by liquid helium. This design provides the most efficient cooling of the superconducting resonator and its maximum Q-factor at temperatures of 1.2-1.6 ° K. A resonator directly washed by helium allows to obtain a high short-term frequency stability and an extremely low noise level of the microwave generators.

Недостаток известного криостата состоит в том, что при изменении давлени в гелиевой ванне измен етс собственна частота резонатора , что св зано с некоторым изменением его температуры и давлени на его стенхи.A disadvantage of the known cryostat is that when the pressure in the helium bath changes, the natural frequency of the resonator changes, which is associated with a certain change in its temperature and pressure on its walls.

Целью изобретени вл етс повышение стабильности собственной частоты сверхпровод щего резонатора в услови х измен ющегос атмосферного давлени н обеспечение эффективного охлаждени резонатора.The aim of the invention is to increase the stability of the natural frequency of a superconducting resonator under conditions of varying atmospheric pressure and to ensure effective cooling of the resonator.

Дл достижени поставленной цели резонатор отдел ют от жидкого гели вакуумноплотно соединенной с ним оболочкой,а полость .между резо}1атором и оболочкой заполн ют при комнатной температуре газообразным гелием и герметизируют.To achieve this goal, the resonator is separated from the liquid helium by a vacuum-tight shell connected to it, and the cavity between the cavity and the shell and the shell are filled with helium gas at room temperature and sealed.

На чертеже показан предложе 1ный криостат .The drawing shows the proposed 1st cryostat.

Криостат содержит гелиевую ванну 1, дном которой вл етс свер.чпровод щий резонатор 2, окруженный медной оболочкой 3, отдел ющей его от жидкого гели . Оболочка 3 вакуумноплотно соединена (например, сварена или спа на) с резонатором. Таким образом, изменение давлени в гелиевой ванне воспринимаетс оболочкой 3 и не передаетс на стенки резонатора.The cryostat contains a helium bath 1, the bottom of which is a superconducting resonator 2 surrounded by a copper sheath 3 separating it from the liquid helium. Shell 3 is vacuum-tightly connected (for example, welded or spun-on) with a resonator. Thus, the pressure change in the helium bath is perceived by the shell 3 and is not transmitted to the walls of the resonator.

Дл повышени эффективности охлаждени резонатора полость 4 между оболочкой 3 и резонатором 2 заполн етс комнатной температуре теплообменным газом - гелием до атмосферного давлени , после чего полость герметизируетс (запаиваетс штенгель 5). Хот при заполнении ванны / жидким гелием давление газа в полости 4 снижаетс , согласно закону Шарл , до 10-15 мм. рт. ст., однако теплопроводность пр:и таких давлени х остаетс максимальной и пе зависит от велпчины давлени . Дл ускорени охлаждени резонатора при таких давлени х теплообменного газа зазор между оболочкой и наруж,ной поверхностью резонатора должен быть мипимальным .To increase the cooling efficiency of the resonator, the cavity 4 between the shell 3 and the resonator 2 is filled with room-temperature heat exchange gas — helium — to atmospheric pressure, after which the cavity is sealed (pinhole 5 is sealed). Although, when filling the bath / liquid helium, the gas pressure in cavity 4 decreases, according to Charles law, to 10–15 mm. Hg However, thermal conductivity pr: and such pressures remain maximum and does not depend on pressure velcchiny. In order to accelerate the cooling of the resonator at such heat exchange gas pressures, the gap between the shell and the external surface of the resonator should be minimal.

Предложенна конструкци была проверена экспериментально. Величина зазора между медной оболочкой и резонатором составл ла примерно 0,5-1 мм. Перед запайкой штенгел полость 4 была заполнена газообразным гелием до атмосферного давлени , после чего крлостат был собран. Установлено, что при изменении давлени в гелиевой ванне на 1 мбар собственна частота сверхпровод щего резонатора .измен етс всего наThe proposed design has been tested experimentally. The gap between the copper shell and the resonator was approximately 0.5-1 mm. Before sealing, the stengel cavity 4 was filled with helium gas to atmospheric pressure, after which the clost was assembled. It has been found that when the pressure in a helium bath is 1 mbar, the intrinsic frequency of the superconducting resonator changes by only

4-5 гц. Следовательно, при изменении давлени в гелиевой ванне стабильность собственной частоты сверхпровод щего резонатора в крлостате предлагае.мой конструкции повысилась более чем на пор док.4-5 Hz. Consequently, as the pressure in the helium bath changes, the stability of the natural frequency of the superconducting resonator in the cloak of the proposed design has increased by more than an order of magnitude.

Предмет изобретени Subject invention

Криостат дл ваКуумирова«ного сверхпровод щего резонатора по авт. св. № 283439, отличающийс тем, что, с целью повыщени стабильности собственной частоты сверхпровод щего резонатора прл изменении давлени в гелиевой ванне и обеспечени его эффективного охлаждени , резонатор отделен от жидкого гел вакуумноплотно соеди«енной с ним оболочкой, а полость между резонатором и оболочкой заполнена при комиатной температуре газообразным гелием и герметизирована.A cryostat for a vacuum superconducting resonator according to ed. St. No. 283439, characterized in that, in order to increase the stability of the natural frequency of the superconducting resonator to change the pressure in the helium bath and ensure its effective cooling, the resonator is separated from the liquid gel by a vacuum-tight shell and the cavity between the cavity and the shell is filled The temperature is helium gas and sealed.