Устройство для оптических исследований образцов при сверхнизких температурах Советский патент 1987 года по МПК F25D3/10 G01J3/30 

содержащий окна 27, 28, 29, 30, 31, 16, расположенные на стенках рефрижератора на одной оси с осью держателя образца и выполненные из материала.

1

Изобретение относится к области исследований при сверхнизких температурах и может быть использовано в физических экспериментах при оптических исследованиях кристаллических и аморфных образцов.

Целью из обретения является расширение диапазона исследований.

На фиг.1 представлено устройство для оптических исследований образцов при сверхнизких температурах; на фиго2 - камера растворения Не-3 в Не-4; на фиг.З - оптический тракт с расположением окон по горизонтальной оси рефрижератора; па фиг.4 оптический тракт с расположением окон по вертикальной, оси рефрижератора.

Устройство содержит рефрижератор растворения гелия-3 в гелии-4. Его низкотемпературная часть помещается внутри вакуумной камеры 1 и состоит из камеры 2 растворения, низкотемпературного теплообменника 3 и камеры 4 испарения с экраном 5. Вакуумная камера 1 находится в гелиевом сосуде 6, который окружен азотным экраном 7. Азотный сосуд 8 расположен над гелиевым сосудом. Рефрижератор содержит кожух 9. Для откачки гелия-3 служит труба 0, для подачи гелия-3 предназначен капилляр 11. Стрелками показан путь циркуляции гелия-3 внутри рефрижератора. Кожух, экран и камеры имеют съемные нижние части с разбор- ными фланцами 12„

Камера растворения гелия-3 в ге- ЛИИ--4 имеет съемное дно 1.3 с индиевой прокладкой 14. Дно 13 снабжено цилиндрическим патрубком 15 с толщи- ной стенки 0,08 мм. К патрубку 15 приклеивается оптическое окно 16 при помощи эпоксидного состава. В камере находится смесь гелия-3 и гелия-4, которая расслаивается при температур ниже 0,86 К, образуя нижнюю фазу 17 и верхнюю фазу 18. В камере 2 раствопоглощающего инфракрасное излучение, апертура которых менее 11 для ограничения паразитного светового потока. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

рения ниже предполагаемого уровня сверхтекучей смеси гелия-3 и гелия-4 установлен держатель 19 образца 20 в виде кристаллической или аморфной пластинки , установленной под некоторым малым углом к горизонтальной оси рефрижератора, чтобы отраженный от образца 20 световой поток .не попадал в приемник излучения. Температура образца, которая равна температуре смеси, измеряется угольным термометром 21. Провода термометра 21 проводятся в камеру 2 растворения через тонкостенный токоввод 22. Зеркало 23, расположенное над образцом 20, предназначено для отражения луча источника 24 света, направляемого в приемник 25 излучения. Зеркала 26 предназначены для ввода луча в оптический тракт и вывода луча из оптического тракта в приемник 25 излучения. Ширина пучка лучей ограничена окном 27 на внешнем кожухе рефрижератора.

Тракт для подвода оптического излучения содержит оптические окна, расположенные на вертикальных или горизонтальных стенках рефрижератора растворения, на одной оси с осью держателя образца: на дне камеры 2 растворения, на экране 5, на вакуумной камере 1, на гелиевом сосуде 6, на азотном экране 7, на внещнем кожухе 9. Окна выполнена из материала, поглощающего инфракрасное излучение (ИК). Апертура окон оптического тракта менее 11°, телесный угол ИК теплового излучения ср, что сводит паразитный поток светового излучения до величины, которая не вызывает повышения температуры образца, поток составляет 10 Вт,

Устройство работает следующим образом.

Гелий-3 вводится в рефрижератор через капилляр 11 (фиг.1)конденсируется, охлаждается, проходя камеру 4

31

низкотемпературный тепло

испарения и обменник 3, входит в камеру 2 растворения, переходит из верхней концентрированной фазы 18 (фиг.2) в нижнюю разбавленную фазу 17, на обратном пу ти опять проходит низкотемпературный теплообменник 3 и входит в камеру 4 испарения. Поскольку в камере испарения при 0,7 К упругость паров гелияв 1000 раз больше упругости паров гелия-А, то по трубе 10 откачивается при помощи системы насосов почти чистый гелий-3. Скорость циркуляции гелия-3 до 1, моль-с .

Образец 20 (фиг,2) помещается в нижнюю сверхтекучую фазу 17 расслоенной смеси гелия-3 и гелия-4, что обеспечивает наилучшее охлаждение, так как образец окружен со всех сторон сверхтекучей жидкостью и конвективный теплообмен максимальный.

Оптическое излучение вводится в устройство через оптический тракт. Световое излучение источника 24, нап ример лазера, вводится при помощи правого зеркала 26 в рефрижератор через вертикальный оптический тракт, включающий окно 27 25 мм на внешне кожухе при 293 К, окна 28 20 мм на азотном экране при 80 К, окна 29 10 - 15 мм на гелиевом сосуде при 1,4 К, окна 30 0 5 - 10 мм на вакуумной камере при 1,4 К, окна 31 0 5 - 10 мм на экране камеры испарения при 0,7 К и окна 16 5 - 10 мм на камер 2 растворения при 50 мК. Зеркало. 23, расположенное над образцом 20, и левое зеркало 26 направляют световое излучение на приемник 25. Окна 16, 31,30,29,28, имеют толщину 1 мм, окно 27 - толщину 3 мм. Окно 28 может быть толщиной 1 мм, так как азотный экран не является вакуумоплртным и окно на нем не испытьшает механичесг- ких напряжений из-за разности давлений по обе стороны окна.

10

15

0

5

0

5

0

5

Изобретение позволяет расширить диапазон исследования за счет возможности охлаждения образца до сверхнизких температур, так как образец помещается непосредственно в сверхтекучую фазу расслоенной смеси гелия-3 - ге- лия-4, а нагрев образца тепловьм ИК излучением исключается, поскольку в оптическом тракте фильтруется ИК излучение.

Формула изо б р.е тения

1 .-.Устройство для оптических исследований образцов при сверхнизких температурах, содержащее рефрижератор растворения гелия-3 в гелии-4 с камерой растворения и держателем образца, тракт для подвода оптического излучения, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона исследований, держатель образца установлен в камере растворения ниже предполагаемого уровня сверхтекучей смеси гелия-3 - гелия-4, а тракт для подвода оптического излучения содержит окна, расположенные на .стенках рефрижератора на одной оси с осью держателя образца и выполненные из материала, поглощающего инфракрасное излучение, апертура которых; менее 11 для ограничения паразитного светового потока.

2.Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что окна тракта для подвода оптического излучения расположены на вертикальной оси рефрижератора, при этом в камере растворения последнего над держателем образца ниже предполагаемого уровня сверхтекучей смеси гелия-3 - гелия-4 установлено зеркало.

3.Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанные окна расположены на горизонтальной оси рефрижератора.

фиг 2

Изобретение относится к исследованию при сверхнизких температурах, может быть использовано в физических экспериментах при оптических исследованиях кристаллических и аморфных образцов. Устройство содержит рефрижератор растворения гелия-3 в гелии-4 с камерой 2 растворения. Образец помещается в нижнюю сверхнизкую фазу 17 расслоенной смеси гелия-3 и гелия- 4. Оптическое излучение вводится в устройство через оптический тракт, (Л со со сд vl 00 00

У7 fi Д, J/ {5 f5J г 28 4 f 26

у и 0 ы

и м

f 26

и м

Составитель И.Шабалина Редактор О.Юрковецкая Техред М.Двдык Корректор А.Зимокосов

Заказ 4037/33 . Тираж 475Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

гд w