Криостат для исследования сверхпроводящих материалов Советский патент 1992 года по МПК F25D3/10 F17C3/02 

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к криостатам для исследования сверхпроводящих материалов в среде сжиженного газа в условиях воздействия внешнего магнитного поля, когда помимо низкой температуры на возникновение явления сверхпроводимости и на электрические характеристики исс- ледуемого материала существенное влияние оказывает величина напряженности и ориентации внешнего магнитного поля.

Известен криостат, содержащий внутри отвакуумированного корпуса центральный сосуд со сверхпроводящим соленоидом и жидким криоагентом, сосуд с другим криоа- гентом, снабженный радиационным экраном, охватывающим центральный сосуд, центральный канал для размещения исследуемых образцов, соосный соленоиду и открытый наружу, причем канал внутри криостата окружен теплопроводными радиальными экранами, контактирующими с сосудами.

В предлагаемом криостате исследование образцов осуществляется внутри центрального канала при воздействии внешнего магнитного поля, создаваемого соленоидом. Однако охлаждение и криостатирова- ние образца, а следовательно, и получение сверхпроводящего состояния, невозможно без размещения его в дополнительном индивидуальном криостате, поскольку центральный канал открыт наружу. Известен криостат для исследования сверхпроводящих материалов, содержащим теплоизолированный корпус, размещенный в нем сосуд для жидкого криоагента, в крышке которого выполнен сквозной канал, камеру для образца, взаимосвязанную со штангой, расположенной с возможностью перемещения

4 СО СЛ

О

вдоль оси, Этот криостат является наиболее близким к предлагаемому.

В криостате-прототипе возможны точная регулировка положения и фиксация образца при проведении эксперимента, однако при замене образца необходимо выполнение ряда операций, включающих демонтаж внутреннего стакана и камеры с образцом, последующую их сборку, герметизацию соединений, вакуумную откачку теплоизоляционных полостей криостата, охлаждение камеры, образца, радиационных экранов, подвески и юстировочного механизма до рабочих температур. Таким образом, многочисленные и сложные one- рации при замене образцов увеличивают продолжительность подготовительных операций и приводят к дополнительным потерям ожиженного криоагента от испарения.

Цель изобретения - сокращение потерь криоагента при смене образца.

На чертеже представлена технологическая схема криостата.

Криостат для исследования сверхпроводящих материалов содержит теплоизоли- рованный корпус 1, внутри которого размещен сосуд 2 для жидкого криоагента с крышкой 3, в которой выполнен сквозной канал 4, камеру 5 для размещения исследуемого образца 6, взаимосвязанную со штан- гой 7 таким образом, что камера 5 образована в полости штанги 7 на участке ее, расположенном внутри сосуда 2 для криоагента. Причем высота камеры 5 не превышает длину канала 4. Штанга 7 выполнена в виде стержня, поперечное сечение которого соответствует поперечному сечению канала 4, с возможностью перемещения вдоль его оси, и имеет радиальные отверстия 8 для введения в камеру 5 образца 6. Штанга 7 выполнена из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например фторопласта. Криостат имеет устройство 9 для откачки газа /например, вакуумный насос/, сообщенное трубопроводом 10 с полостью канала 4. Дополнительно криостат снабжен трубопроводом 11 подачи жидкого криоагента в сосуд 2, трубопроводом 12 для выведения паров криоагента, обмоткой 13 сверхпроводящего магнита, обеспечиваю- щей возможность испытания образца б в магнитном поле при низких температурах и диагностическими проводами 14 от исследуемого образца 6 сверхпроводящего материала, выведенными наружу через штангу. Точное регулирование положения исследуемого образца 6 внутри сосуда 2 в неоднородном по величине напряженности магнитном поле обмотки 13 обеспечивается за счет подвижности штанги 7 и ее соосности каналу 4 и достигается известными конструктивными способами, например, при применении резьбового соединения штаги 7 и канала 4. Радиальное отверстие 8 позволяет вводить исследуемый образец 6 в камеру 5 и организовать его эффективное охлаждение при непосредственном контакте с криожидкостью в сосуде 2.

В рабочей полости сосуда 2 канал снабжен насадком 15, который установлен соос- но каналу 4 и повторяет его сечение.

Предлагаемый криостат для исследования сверхпроводящих материалов работает следующим образом. Предварительно осуществляют установку исследуемого образца 6, для чего штангу 7 частично выводят из канала 4 криостата таким образом, чтобы иметь доступ к камере 5 через радиальные отверстия 8, где размещают образец 6 и соединяют его с диагностическими проводами 14. Затем штангу 7 с образцом 6 опускают в криостат, фиксируют ее положение и откачивают сосуд 2 с целью смены газовой среды через трубопровод 12 сторонними средствами. После откачки воздуха из сосуда 2 осуществляют его охлаждение и заполнение криожидкостью, например жидким гелием, Для этого жидкий гелий подают в сосуд 2 по трубопроводу 11, а отходящие пары гелия выводят из криостата через трубопровод 12. При достижении номинального уровня жидкого гелия в сосуде 2 и заведении тока в обмотку 13 сверхпроводящего магнита проводят исследования сверхпроводящего образца б /токовые вводы обмотки 13 условно показаны/ Для смены образца 6 штангу 7 частично выводят из криостата. При этом откачивают пар гелия из камеры 5 через трубопровод 10 с помощью откачивающего устройства 9, например вакуумного насоса. После смены образца 6 при опускании штанги 7 камеру 5 вновь откачивают для удаления воздуха с использованием устройства 9 и трубопровода 10, что исключает загрязнение гелия в сосуде 2 примесями воздуха. При дальнейшем опускании штанги 7 жидкий гелий из сосуда 2 попадает в камеру 5 через радиальное отверстие 8 и образец 6 охлаждается до рабочей температуры. Изменением положения штанги 7 относительно обмотки 13 обес- печивают размещение исследуемого образца 6 в области требуемой напряженности магнитного поля, а затем проводят измерение его характеристик.

Выполнение штанги из материала с низким коэффициентом теплопроводности и в виде стержня с поперечным сечением, повторяющим сечение канала, позволяет уменьшить теплоприток из окружающей

среды к жидкому криоагенту, а также практически исключить протечки криоагента по каналу из сосуда в окружающую среду за счет того, что высота камеры не превышает длину канала. Соединение канала трубопроводом с откачивающим устройством позволяет при выведении штанги из криостата удалить криоагент из камеры в сторонний резервуар и исключить его потери в окружающую среду, а при введении штанги в кри остат исключить попадание воздуха из камеры в сосуд.

Использование предлагаемого криостата позволяет проводить исследования с од- ним или несколькими образцами сверхпроводящих материалов и при этом сократить потери криоагента при смене образцов, за счет сокращения продолжительности промежуточных операций Формула изобретения 1. Криостат для исследования сверхпроводящих материалов, содержащий тепло-

изолированный корпус, размещенный в нем сосуд для жидкого криоагента в крышке которого выполнен сквозной канал камеру для образца, взаимосвязанную со штангой расположенной с возможностью перемещения вдоль оси канала отличающийся тем, что, с целью сокращения потерь криоагента при смене образца, штанга выполнена в виде стержня из материала с низким коэф- 10 фициентом теплопроводности, поперечное сечение которого соответствует поперечному сечению канала, при этом камера образована в полости штанги на ее участке расположенном внутри сосуда для криоа- 15 гента, а в стенке штанги в этой зоне выполнены радиальные отверстия для введения образца, причем высота камеры не превышает длину канала

2 Криостат поп 1,отличающийся 20 тем что снабжен устройством для откачки газа, сообщенным посредством трубопровода с полостью канала

Использование: относится к криогенной технике, к криостатам для исследования сверхпроводящих материалов в среде сжиженного газа в условиях воздействия внешнего магнитного поля. Сущность изобретения: в теплоизолированном корпусе размещен сосуд для жидкого криоагента со сквозным каналом в крышке. Вдоль оси канала установлена с возможностью перемещения штанга, в полости которой на участке, расположенном внутри сосуда для криоагента, образована камера для образца, а в стенке штанги выполнены радиальные отверстия для введения образца. Для смены образца штангу частично выводят из криостата. При этом посредством вакуумного насоса производят откачку гелия из камеры, а после установки нового образца откачку воздуха из камеры, что исключает загрязнение гелия в сосуде с примесями воздуха. 1 ил. СП