Криостат Советский патент 1989 года по МПК F25D3/10 

15 гч

сд

о

00 О О5

со

с его стенками, через капиллярное отверстие в клапане 18 в рабочую зону 11 обечайки 9. При проведении исследований образцов при температуре ниже 4,2 К после заполнения нижней части рабочей зоны 11 обечайки 9 закрывают капиллярное отверстие в клапане 18 иглой 20, а понижение температуры в рабочей зоне 11 осуществляют откачкой паров гелия вакуумным насосом 24.

Уплотнение капиллярного отверстия изнутри иглой 20 устраняет образование столба сверхтекучего жидкого гелия, разрывает гелиевую пленку, уменьшая тем самым тепло- отвод из внешнего гелиевого сосуда 4 с температурой 4,2 К в область откачиваемого объема с более низкой температурой. Указанные факторы позволяют снизить температуру криостатирования. 1 ил.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к устройствам для измерения магнитной восприимчивости материалов в сильных магнитных полях. Цель изобретения - снижение температуры криостатирования. После ввода образца 10 внутрь обечайки 9 и подготовки криостата к работе подают жидкий гелий из сосуда 4 через трубку 21 с участком 22 в виде змеевика, расположенного внутри дополнительного экрана 17 с обеспечением теплового контакта с его стенками, через капиллярное отверстие в клапане 18 в рабочую зону 11 обечайки 9. При проведении исследований образцов при температуре ниже 4, 2 К после заполнения нижней части рабочей зоны 11 обечайки 9 закрывают капиллярное отверстие в клапане 18 иглой 20, а понижение температуры в рабочей зоне 11 осуществляют откачкой паров гелия вакуумным насосом 24. Уплотнение капиллярного отверстия изнутри иглой 20 устраняет образование столба сверхтекучего жидкого гелия, разрывает гелиевую пленку, уменьшая тем самым теплоподвод из внешнего гелиевого сосуда 4 с температурой 4, 2 К в область откачиваемого объема с более низкой температурой. Указанные факторы позволяют снизить температуру криостатирования. 1 ил.

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к устройствам для измерения магнитной восприимчивости материалов в сильных магнитных полях.

Цель изобретения - снижение температуры криостатирования.

На чертеже изображен криостат, продольный разрез.

Криостат содержит корпус 1, внутри которого на тонкостенных трубках 2 и 3 для подвода и отвода хладагента подвешены гелиевый сосуд 4 с центральной трубой 5, азотная ванна 5 и радиационный экран 7. Криостат также содержит коаксиально расположенные обечайки 8 и 9 с дниш,ами, верхние части которых укреплены в корпусе 1, предназначенные для ввода образца 10 в рабочую зону 11, сверхпроводящий соленоид 12, схемные токовводы 13 и 14, электрический контакт в которых осуществлен на конической поверхности седла 15 посредством затяжки гаек 16.

Криостат снабжен дополнительным экраном 17, расположенным между обечайками 8 и 9 и укрепленным в днище внутренней обечайки 9 клапаном 18, содержащим седло 19, капиллярное отверстие (не показано) и подпружиненную иглу 20 для разрыва гелиевой пленки. Для подачи- гелия из сосуда 4 в рабочую зону 11 предназначена трубка 21, нижняя часть которой расположена в полости сосуда 4, верхняя часть соединена с клапаном 18. При этом трубка 21 имеет участок 22 в виде змеевика, расположенного внутри дополнительного экрана 17 с обеспечением теплового контакта с его стенками.

Криостат содержит дроссель 23, вакуумный насос 24 для сообщения рабочей зоны 11 внутренней -обечайки 9 с газгольдером 25, а также регулятор 26 давления для сообщения верхней полости гелиевого сосуда 4 с газгольдером 27. Криостат содержит электрический нагреватель 28 и винтовой механизм 29. Полость 30 между коаксиальными обечайками 8 и 9 и полость 31 между корпусом 1 и гелиевым сосудом 4 отвакууми- рованы.

Криостат работает следующим образом. После ввода образца 10 в рабочую зону 11 обечайки 9, заливают хладагент (азот) в азотную ванну 6, охлаждая радиационный экран 7. Одновременно по трубке

2 для подвода хладагента с помощью переливного устройства (не показано) осуществляют подачу хладагента (азот) в гелиевый сосуд 4, охлаждая постепенно обмотки сверхпроводящего соленоида 12 и стенки гелиевого сосуда 4 до азотных температур.

Затем выключают подачу хладагента.

Производят вакуумирование гелиевого сосуда 4. При этом температура в гелиевом сосуде 4 понижается - конструкция готова к заливке гелия после откачки.

Q Затем с помощью переливного устройства (не показано) по трубке 2 для подвода хладагента заливают гелиевый сосуд 4 гелием и в трубки 2 и 3 устанавливают токовводы 13 и 14, которые с помощью гаек 16 поджи мают к коническим седлам 15 и производят

5 запитку обмоток соленоида 12.

Для получения температур на образце выще 4,2 К клапан 18 открывают подъемом подпружиненной иглы 20 в капиллярном отверстии с помощью перемещения обечайки 9 винтовым механизмом 29. Жид кий гелий из. гелиевого сосуда 4 проходит через трубку 21 подачи гелия, которая имеет участок 22 в виде змеевика, расположенного внутри дополнительного экрана 17 с обеспечением теплового контакта с его

г стенками.

Проходя через участок змеевика, жидкий гелий попутно охлаждает дополнительный экран 17, препятствующий теплопередаче из рабочей зоны 11 обечайки 9 к гелиевому сосуду 4, и, нагреваясь до необходимой

0 температуры (уже в газообразном виде), поступает через капиллярное отверстие клапана 18, укрепленного в днище внутренней обечайки 9, в рабочую зону 11 обечайки 9, омывает ее и охлаждает образец 10. Такое криостатирование образца поз5 воляет снизить градиент температур между стенками коаксиально расположенных обечаек 8 и 9, уменьшить теплопритоки рабочей зоны 11 к гелиевому сосуду 4, обеспечить быстрое охлаждение рабочего пространства, полнее использовать энтальпию отходящих газов и более экономично под: держивать высокие и низкие температуры на образце при использовании в качестве хладагента жидкого гелия.

Стабильность потока задают регулятором 26 давления в полости гелиевого сосуда 4 и регулируемым дросселем 23 на магистрали выхода газа из рабочей зоны 11 обечайки 9. Температуру регулируют и стабилизируют автоматическим регулятором (не показан) и электрическим нагревателем 28.

При проведении исследований образцов ниже 4,2 К нижнюю часть рабочей зоны 11 обечайки 9 заполняют жидким гелием из гелиевого сосуда по трубке 21 для подачи гелия, имеющей участок в виде змеевика, расположенного внутри дополнительного экрана 17 с обеспечением теплового контакта с его стенками, и через капиллярное отверстие клапана 18 при подъеме иглы

20при перемещении обечайки 9 с помощью винтового механизма 29. Затем капиллярное отверстие в клапане 18 закрывают иглой 20 и понижение температуры в рабочей зоне 11 осуществляют откачкой паров гелия вакуумным насосом 24.

В этом случае дополнительный экран 17, внутри которого расположена трубка

21для подачи гелия, имеющая участок 22 в виде змеевика с обеспечением контакта с его стенками, препятствует теплопередаче из гелиевого сосуда 4 в рабочую полость обечайки 9, и наполнение жидким гелием осуществляют через капиллярное отверстие клапана 18, расположенного в дне обечайки 9, что обеспечивает малый расход хладагента при охлаждении. Капиллярное отверстие и уплотнение его изнутри иглой 20 устраняют образование столба сверхтекучего жидкого гелия, т.е. разрывают гелиевую пленку, уменьщая тем самым теплоподвод из внещнего гелиевого сосуда 4 с температурой 4,2 К в область откачиваемого объема с более низкой температурой. Все это позволяет снизить температуру криостатирования, достичь более

низкую температуру на образце 10 и поддерживать ее длительное время.

При исследовании магнитной восприимчивости материалов при низких температуpax в сильных магнитных полях обечайку 9 подсоединяют через сильфон к герметичному кожуху со смотровыми окнами (не показано), в котором устанавливают весы. Образец 10, расположенный в обеQ чайке 9, подвещен на длинной нити к рычагу весов и висит в полости обечайки 9, не касаясь ее стенок. Полость обечайки 9 и кожуха вакуумируют. а затем заполняют газообразным гелием до атмосферного давления. Регулировку и стабилизацию тем5 пературы на образце 10 производят указанным способом.

Предлагаемое конструктивное выполнение криостата позволяет снизить температуру криостатирования и при исследовании магнитной восприимчивости материалов в сильных магнитных полях достигнут интервал температур 1,5-300 К. При этом снижаются потери жидкого гелия на 45-50% и время захолаживания образца.

0

25

Формула изобетения

0

5

Криостат, содержащий корпус, радиационный экран, внутри которого расположен гелиевый сосуд, две коаксиально располо- женньЕе обечайки с днищами, верхние части которых укреплены в корпусе, и трубку для подачи гелия из сосуда в полость внутренней обечайки, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры криостатирования, криостат снабжен расположенным между обечайками дополнительным экраном и клапано.м, укрепленным в днище внутренней обечайки, при этом трубка для подачи гелия имеет участок в виде змеевика, расположенного внутри дополнительного экрана с обеспечением теплового кон- Q такта с его стенками, а верхняя часть трубки соединена с клапаном, причем последний имеет капиллярное отверстие и подпружиненную иглу для разрыва гелиевой пленки.