Криостат Советский патент 1979 года по МПК F17C3/00 

Изобретение относится к низкотемпературной радиоэлектронике и криогенной технике и может использоватьс для размещения в нем различных охлаж даемьсс СВЧ-устройств. Известен криостат для СВЧ-уст ройств, который сохраняет работоспособность при его наклонах до 90° в вертикальной плоскости 1. Однако такой криостат нельзя наклонять на угол более 90 и при его наклонах размещенное в нем СВЧ-устройство меняет положение относительно поверхности Земли. В некоторых случаях криостат необходимо наклонят на угол более 90° или вращать в вертикальной плоскости, например при установке на антеннах, летательных аппаратах и т.п. При этом иногда необходимо, чтобы размещенное в нем СВЧ-устройство не меняло своего положения относительно поверхности Земли (например, в случае размещения в криостате СВЧ-датчика гравимет ра). Кроме того,в таком криостате пар жидкости не используется для охлаждения его элементов, а через дренажно-заливочные патрубки эвакуирует ся из емкости. Известен также криостат, содержащий сферические внутрений и наружный сосуды Дьюара, заливочный и дренажный патрубки, размещенное в криостате СВЧ-устройство с линиями связи и устройство закрепления внутреннего сосуда относительно наружного 2, Этот криостат имеет значительные теплопритоки по линиям связи, что снижает ресурс его работы. Целью изобретения является возможность наклона или вращения криостата в .любой вертикальной плоскости при сохранении положения размещенного в нем СВЧ-устройства и увеличение ресурса работы криостата. Это достигается тем, что устройство закрепления выполнено в виде карданова подвеса, вакуумная полость внутреннего сосуда снабжена грузом, расположенным на одной оси с горловиной и линией связи, и размеры сосудов связаны следующей зависимостью , где R - радиус внутренней поверхности наружного сосуда, г - радиус наружной поверхности внутреннего сосуда, - максимальная длина волны СВЧ-устройства, 3 Кроме того, наружная поверхность внутреннего сосуда и внутренняя пове ность наружного сосуда покрыты элект проводным материалом,например серебр а карданов подвес выполнен из диэлек трического материала с малыми СВЧ-по терями, например из плавленного квар ца. На фиг. 1 изображен предлагаемый криостат, сечение в вертикальной плоскости; на фиг. 2 - то же,сечение в горизонтсшьной плоскости. Внутренний сосуд Дьюара 1, состоя Щй из емкости 2 и выполненного в виде.сферы кожуха 3, пространство между которыми вакуумировано и запол нено теплоизоляционным материалом, расположен внутри наружного сосуда Дьюара 4. Наружный сосуд состоит из сферической емкости 5 и корпуса 6,, Внутренний сосуд Дьюара 1 соединен с наружным сосудом Дьюара 4 кардановым подвесом 7, который состоит из кольца 8, диаметрально-противоположно размещенных внутренних осей 9 и наружных осей 10. Внутренние оси 9 соединены с подшипниками 11, расположенными в камерах 12, а наружные оси 10 - с подшипниками 13, расположенными в камерах 14. Кольцо 8, оси 9 и 10 выполнены из радиопрозрачного в рабочем диапазоне частот материала с малыми потерями, например из плавленного кварца. Объем полости 15, заключенной между кожухом 3 и емкостью 5, определен разностью радиусов емкости 5 и кожуха 3, равной не менее двух длин рабочих волн расположенного в криостате СВЧ-устройства что и обеспечивает наличие многомодо вого резонанса в полости 15, Для исключения влияния камер 12 и 14 на СВЧ-поле в полости 15 они закрыты со стороны полости крышками 16 и 17 соответственно. Внутри сосуда Дьюара 1 размещено СВЧ-устройство 18, которое соединено с резонансной полостью 15 линиями 19 связи. Дренажный патрубок 20 соединяет внутреннюю полост сосуда Дьюара с резонансной полостью 15. При необходимости вакуумировать СВЧ-устройство 18 линия 19 связи зак рывается аналогичным радиопрозрачным окном 21, Заливочный патрубок 22 пред назначен для заполнения сосуда Дьюар 1 криогенной жидкостью. Он соединен с емкостью 5 и корпусом 6. В рабочем положении криостата патрубок 22 закрыт крышкой 23, Змеевик 24 расположен в вакуумной полости сосуда 4 и имеет с емкостью 5 хороший тепловой контакт Его вход 25 соединен с полостью 15,а выход 26 - с внешней средой или газгольдером, В нижней части сосуда 1 в его вакуумной полости на одной оси с горловиной и линией 19 связи расположен груз 27, смещаю11ий центр тяжести сосуда 1 по оси вниз. Криостат работает следующим образо 64 Перед запивкой криостата криогенной жидкостью сопмощают оси патрубков 20 и 22. В патрубки пставляют сифон и 20 и 22. В производят запопнение сосуда 1 криогенной жидкостью. Испарившаяся жидкость при этом попадает через патрубок 20 в резонансную полость 15. Далее пар через вход 25 заходит в змяевик 24, охлаждает емкость 5, снижая тем самым теплоприток к криогенной жидкости, а следо1зательно, увеличивая ресурс pa6oTfj криостата при одноразовой заливке. Ресурс работы криостата увеличивается и из-за того, что линии связи непосредственно не соединяют устройство 18 с внешней средой. Соединение осуществляется через полость 15 (т.е, существует разрыв теплового моста внешняя среда - криогенная жидкость) . Карданов подвес 7 крепится к кожуху 3 и емкости 5, охлаждаемых парами, поэтому теплоприток через него незначителен. Через выход 26 змеевика 24 пар эвакуируется либо во внешнюю среду, либо в газгольдер. Тем же путем пар будет эвакуироваться из криостата и после заполнения сосуда 1, для чего патрубок 22 закрывают крьЕикой 23. Для предотвращения выхода пара через линию 28 ее вакуумируют окном 29. При наклоне сосуда 4 на некоторый угол, (или его вращении) в вертикальной плоскости поворачиваются оси 9 и 10 в подшипниках 11 и 13 и смещается кольцо 8 карданова подвеса 7. При этом, благодаря смещению центра тяжести сосуда 1 грузом 27 вниз, сосуд будет занимать одно и то же положение в любом случае, т.е. устройством 18 вертикально к Земле, а дренажным патрубком 20 вверх, независимо от угла наклона сосуда 4, следовательно, жидкость из сосуда 1 не будет выливаться. Таким образом обеспечивается работоспособность криостата при любом наклоне сосуда 4, Питание устройства 18 СВЧ-энергией осуществляется следующим образом. Линия 28 связи соединяет источник СВЧ-энергии с полостью 15, В связи с тем, что объем полости 15 во много раз превосходит куб длины рабочей волны ( V Л ) , то полость 15 не будет обладать селективными свойствами, так как резонансные кривые отдельных резонансов будут перекрываться. Таким образом, резонансная полость 15 представляет собой эхо-резонатор и возбуждается на любой частоте в пределах рабочей полосы линий связи. Полость 15 связана с СВЧ-устройством 18 линией 19 связи. Таким образом, внешний СВЧ-источник связан с устройством 18 линиями 19 и 28 связи через резонансную полость 15. При этом, благодаря наличию большого количества резонансов в полости 15, энергии через нее будет передаватьс независимо от положения линии 19 от ситешьно линии 2Ь,т.е.при любых угл вых Наклонах сосуда 4 относительно су л а I. Для снижения омических потерь в полости 15 наружная поверхность кожуха 3, а также внутренняя поверхность емкости 5 покрыта высокопрово дящим слоем, например серебром. Формула изобретения 1. Криостат, содержащий сферичес кие внутренний и наружный сосуды Дьюара, заливочный и дренажный патрубки, размещенное в криостате СВЧустройство с линиями связи и УСТРОЙСТВО закрепления внутреннего сосуда относительно наружного, отл чающийся тем, что, с целью увеличения ресурса работы криостата устройство закрепления выполнено в виде карданова подвеса, вакуумная полость внутреннего сосуда снабжена 6 грузом и размеры сосудов связаны следующей зависимостью: 2Л. где R - радиус внутрелней поверхности наружного сосуда; г - радиус наружной поверхности внутреннего сосуда; А - максимальная длина волны СВЧ-устройства. 2. Криостат по П.1, отличающийся тем, что наружная поверхность внутреннего сосуда и внутренняя поверхность наружного сосуда покрыты электропроводным материалом, а карданов подвес выполнен из диэлектрического материала с малыми СВЧ-.потерями. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 434390, кл. G 05 D 23/30, 1972. 2.Криогенная и вакуумная техника. Сборник, вып.3, Харьков, 1973, с. 70-73.

гу

IS 27

fui.i

16