Рефрижератор растворения @ в @ Советский патент 1984 года по МПК F25D3/10 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для захолаживания теплоизолиро ванного криогенного объекта, предназначенного для изучения распада ориентированных короткоживущих радиоактивных ядер. Для эффективного ориентирования ядер используется совместное воздействие на них магнитного поля нап ряженностью до 10 Гс и крайне низкой температуры порядка К и ни же. Для достижения последнего условия применяются рефрижераторы растворения Не в Ее, Короткие времена жизни изучаемых ядер (Т1/2- несколько минут) требуют непрерывной имплантации выделе ных на масс-сепараторе ионов в экспериментальную подложку, закрепленную на камере растворения рефрижератора. Таким образом, возникает необходимость убрать все преграды на пу ти пучка ионов, т.е. сообщить по вакууму масс-сепаратор и рефрижератор. Последнее требование ставит техническую задачу предварительного захолаживания рефрижератора от комнатной температуры до некоторой стартовой, обычно меньшей .2 К, начиная с которой рефрижератор может понижать свою температуру. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является рефрижератор растворения Не в Не содержащий вакуумную рубашку, емкость для криогенной жидкости, камеры испарения и растворения и теплообменники. Рефрижератор захолаживается посредством теплообменного газа, заполняющего вспомогательную вакуумную рубашку, ограниченную четырехгр дусным экраном 1J . После охпащцения рефрижератора теплообменный газ откачивают из вакуумной рубашки и рефрижератор оказывается теплоизолированным. Затем вырезается алюминиевая фольга в окне вакуумной рубашки спе1щальным устройством, перемещаемым снаружи вдоль пучка атомов и, .таким образом пучок атомов получает возможность долетать беспрепятственно от сепаратора до камеры растворения. Однако после каждого отогрева рефрижератора до комнатной температуры последующее захолаживание требует демонтажа его нижней части с целью уплотнения окна новой алюминиевой фольгой, последующей сборки и вакуумных испытаний рефрижератора, что является неэкономичным и создает эксплуатационные трудности. Целью изобретения является сокращение времени на повторный цикл и . снижение трудоемкости захолаживания. Поставленная цель достигается тем, что рефрижератор растворения Не в НеJ содержащий вакуумную рубашку, емкость для криогенной жидкости, камеры испарения и растворения, теплообменники,снабжен трубкой для отвода криогенной жидкостииз емкости и толстостенньп капилляром, один конец которого выведен за пределы вакуумной рубашки, а другой связан с трубкой для отвода криогенной жидкости из емкости, при этом трубка для отвода криогенной жидкости также выполнена в виде толстостенного капилляра и связана с входом первог.о теплообменника,, а оба капилляра по всей длине снабжены злектрорагревате:аем. На чертеже представлена схема рефри жератора . Рефрижератор содер сит емкость 1 для криогеннойжидкости, вакуумную рубашку 2, трубку 3 для отвода криогенной жидкости 5 представляющую собой толстостенньш капк:лляр из нержавеющей стали, вьщерживаюищй давление до 250 МПа, толстостенный капилляр 45 удовлетворяющий тем же требованиям, электрический нагреватель 5, расположенный по всей длине обоих капилляров 5 дроссель 6, ограничиваюищй циркуляцию Не через рефрижератор, камеру 7 испарения, трубчатый теплообменник 8, низкотемпературные теплообменники 9 -и камеру 10 растворения. Рефрижератор работает следующим образом. Перед захолаживанием теплый рефрижератор откачивают и закрывают снаружи капилляр 4. Емкость 1 криостата заполняют частично жидким азотом и откачивают холодный пар азота через капилляр 3, сообщающий емкость 1 с входом в первый теплообменник 8, и далее через прямую линию, для концентрированной фазы Не, и обратную линию, для разбавленной фазы Не (не обозначены). Пар хладагента, проходя по всей низ котемпературной части рефрижератора (8-10 и 7), эффективно отбирает от нее тепло и удаляется из камеры 7 испарения через тракт 11 откачки Не. По достижении азотной температуры в рефрижераторе удаляют азот из емкости 1 и заполняют ее жидким гелием. Далее ведут охлаждение рефрижератора паром жидкого гелия ана логичным образом с помощью форвакуумного насоса (не показан), имеющегося в системе рефрижератора. Пос ле захолаживания рефрижератора до 4 К оба капилляра 3 и 4 кратковременно отогревают до температуры выше 273 К с помощью электрического нагревателя 5 и подают в них воду через конец капилляра 4, вьгееденный за пределы вакуумной рубашки 2.

Вода доходит только до массивных и глубоко охлажденных мест спая капилляров 3 и 4 с емкостью 1 и пер вым теплообменником 8 и замерзает. Нагреватель 5 отключают и капилля1254544

ры 3 и 4 блокируются льдом на всей длине, а тепловая связь первого теплообменника 8 с гелиевой емкостью 1 практически разрывается. Рефрижера5 тор, таким образом, оказывается

подготовленньм для конденсации рабочей смеси газов и дальнейшей работы.

Остаточный теплоподвод по стенкам капилляров 3 и 4 и через лед легко минимизировать. Этот теплоподвод мал и им можно пренебречь, а блорсировка капилляров льдом искпючает возможность образования в

их канале сверхтекучего Не 11.

По окончании работы рефрижератора воду из обоих капилляров удаляют после его отогрева до комнатной температуры избыточным давлением газа, прикладываемым со стороны емкости 1 и первого теплообменника 8.

Изобретение обеспечивает предварительное захолаживание рефрижератора от комнатной до гелиевой тем25 пературы, исключает частичный демонтаж рефрижератора для его подготовки к последующему пуску и обеспечивает малый остаточный теплоподвод к рефрижератору.

РЕФРИЖЕРАТОР РАСТВОРЕНИЯ HE В HE, содержащий вакуумную рубашку, емкость для криогенной жидкости , камеры испарения и растворения и теплообменники, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени на повторный цикл и снижения трудоемкости захолаживания, он снабжен трубкой для отвода криогенной жидкости из емкости и толстостенным капилляром, один конец которого вьшеден за пределы вакуумной- рубашки, а другой связан с трубкой для отвода криогенной жидкости из емкости, при этом трубка для отвода криогенной жидкости выполнена в виде толстостенного капилляра и связана с входом первого теплообменника, а оба капилляра по всей длине снабжены электронагревателем . (Я