Криостат для оптических исследований в импульсных магнитных полях Советский патент 1984 года по МПК F17C3/00 F25D3/10 

) ел Изобретение относится к криогенной технике, более конкретно к устройству криостатов с оптическими окнами, и может быть использовано для оптических исследований при низких температурах в сильных импульсных магнитных нолях. Известны криостаты для магнитно-оптических исследований в сильных полях, состоящие из отдельно стоящего гелиевого дюара, рабочей камеры с торцовыми окнами, помещенной в рабочий объем импульсного магнита, и дюарного гелиепровода, соединяющего рабочую камеру с дюаром. Испаряющийся в соответствующем дюаре гелий продувается через рабочую камеру, охлаждая исследуемый образец до необходимой температуры 1. Недостатком конструкции является больщой расход гелия, связанный (из-за больщой длины гелиепровода) с необходимостью интенсивной продувки гелия для достаточного глубокого охлаждения образца. Наиболее близким к предлагаемому является криостат для оптических исследований в импульсных магнитных полях, содержащий азотный сосуд с двойными стенками и соленоидо.м и установленный внутри него соосно гелиевый сосуд с двойными стенками и объектом исследований, выполненный с внещним и внутренним хвостовиками, на днищах которых установлены оптические окна. Азотный сосуд также снабжен двумя оптическими окнами 2. В такой конструкции, однако, имеются больщие потери света, связанные с.отражением на четырех окнах (двух - в азотном, двух - в гелиевом сосудах) и, главное, с рассеянием на пузырьках кипящего хладагента (гелия и азота) и хлопьях снега, накапливающихся в нижней части азотного сосуда, приводящим также к большому уровню светового шума. Кроме того, известный криостат обладает невысокой надежность;:: из-за наличие трех «холодных окон, являющихся слабыми местами любого оптического криостата. Невысокую надежность в криостате имеют, например, клеевые крепления окон гелиевого сосуда. Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик криостата за счет уменьшения потерь света на кипящем хладагенте, снеге и оптических окнах, а также улучшение технологичности и надежности конструкции. Указанная цель достигается тем, что криостат, содержащий азотный сосуд с двойными стенками и соленоидом и установленный внутри него соосно гелиевый сосуд с двойными стенка.ми и объектом исследований, выполненный с внешним и внутренним хвостовиками, на днищах которых установлены оптически окна, снабжен вертикальной трубой, размещенной в днище азотного сосуда между его стенками, конец внещнего хвостовика гелиевого сосуда расположен внутри трубы и днище внешнего хвостовика гелиевого сосуда размещено под трубой. При этом криостат дополнительно снабжен линзой, размещенной между оптическими окнами. На чертеже, схематически изображен криостат, разрез. Азотный сосуд криостата выполнен из нержавеющей стали. Стенки 1 и 2 сосуда согнуты из листов толщиной 1 мм и сварены с фланцами 3-6. Для фиксации положения гелиевого сосуда к верхнему фланцу азотного сосуда крепится крышка 7 из нержавеющей стали с отверстиями для токовводов соленоида 8 и заливки азота. Гелиевый сосуд криостата также изготовлен из нержавеющей стали. Фланцы 9-12 припаяны серебром к стенкам гелиевого сосуда 13 и трубкам его хвостовиков 14 и 15. Внутренний хвостовик 15 выполнен в виде перехода нержавеющая сталь-ковар-стекло-кварц, так как использование обычно применяемого медного перехода в данном случае невозможно из-за опасности разогрева медного кольца токами Фуко, наводимыми в нем импульсным полем. В центре рабочей зоны соленоида 8 находится оптическое кварцевое окно 16. Второе «теплое окно 17 находится при комнатной температуре. Оно непосредственно приклеено эпоксидным клеем к днищу внешнего хвостовика 14. Хвостовик 14 выведен из азотного сосуда через вертикальную трубу 18 и герметизующий зажим 19 с резиновой прокладкой 20. Для увеличения светосилы внутрь хвостовика 14 помещена кварцевая линза 21, расположенная так, что в фокусе ее находится кювета с объектом 22 исследования, закрепленная на торце кварцевого световода 23. Световод помещен в запаянную кварцевую трубку 24. Наличие воздушной прослойки между световодом и трубкой необходимо для сохранения условия полного внутреннего отражения в световоде при заполнении дюара жидким гелием. С целью уменьщения потерь света и устранения помех при прохождении света через хладагент кювета с объектом 22 исследования помещена вплотную к окну 16 гелиевого сосуда. Гелиевый сосуд сделан разборным. Вакуумное уплотнение 25 между фланцами 9 и 10 индиевое, а уплотнение 26 между крышкой 27 криостата и фланцем 9 резиновое. В крыщке 27 сделаны отверстия для заливки гелия и отвода газообразного гелия. К крышке 27 крепится через уплотняющую прокладку световод. Кроме того, на ней закреплен измеритель уровня гелия - трубка 28, в которой находится проволока из NbTi (через проволоку пропускается стабилизированный постоянный ток и измеряется падение напряжения на ней). В вакуумном объеме гелиевого сосуда припаяна также сетка с адсорбентом 29, улучшающая его вакуумные свойства. Для охлаждения криостата и соленоида необходимо 25 л жидкого азота.

Внутренний объем гелиевого дюара 0,8 л, расход жидкого гелия 150-200 мл/ч.

Такая конструкция риостата призела к существенному улучшению его оптических характеристик. Потери проходящего света уменьшились в 3 -5 раза, шумы, связанные с рассеянием на пузырьках кипящего хладагента, устранены. Апертурная линза имеет относительное отверстие 1:3,5, что обеспечивает высокую светосилу оптической части криостата. Устранение 2-х холодных окон, являющихся наиболее слабым звеном любого криостата, повысило надежность конструкции и упростило технологию изготовления.

1. КРИОСТАТ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ИМПУЛЬСНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ, содержащий азотный сосуд с двойными стенками и соленоидом и установленный внутри него соосно гелиевый сосуд с двойными стенками и объектом исследований, выполненный с внешним и внутренним хвостовиками, на днищах которых установлены оптические окна, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем уменьшения потерь света, он снабжен вертикальной трубой, размещенной в днище азотного сосуда между его стенками, конец внешнего хвостовика гелиевого сосуда расположен внутри трубы и днище внещнего хвостовика гелиевого сосуда размещено под трубой. 2. Криостат по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен линзой, размещенной между оптическими окнами.