Криогенная петля Советский патент 1989 года по МПК H01L39/14 

: Изобретение относится к ядерной технике, в частности к низкотемпературным петлям для исследований в области радиационной физики твердого тела и радиационного материаловедения .

В настоящее время во многих странах мира (США, Англия, Франция, ФРГ и т.д.) на ядерных реакторах созданы и усиленно эксплуатируются низкотемпературные петли, предназначенные для исследования физико-механических свойств твердых тел в условиях реакторного излучения и низких температур. Наиболее совершенной криогенной петлей среди действующих является петля, соединенная в ФРГ на мюнхенском реакторе, которая позволяет производить низкотемпературное облучение образцов в интенсивных потоках нейтронов и транспортировать облученные образцы при низкой температуре в специальный криостат. Канал-криостат мюнхенской петли представляет собой концентрически расположенные алюминиевые трубы, заключенные в вакзгумный кожух и служащие для подвода и отвода гелия и перемещения образцов. Для уменьшения тепловыделения от у-нагрева толщина алюмт1йевых труб составляет 0,1 0,25 мм. Петля неподвижно соединена с холодильной установкой и все это сделано подвижным во избежание разгерметизации интенсив но облучаемой, части канала криостата. Во время облучения канал-криостат размещают у , активной, зоны, после облучения же его вместе с холодильной установкой отводят от активной зоны и располагают в специальном отсеке бассейна реактора. Облучаемый образец транспортируют в верхнюю часть каналакриостата, где его посредством поворотного устройства разворачивают и помещают в измерительный криосгат Измерительный криостат представляет собой полый цилиндр, размещенный внутри охлаждаемого экрана. Нижняя часть цилиндра соединена с экраном теплопроводящим стержнем. На внешней поверхности цилиндра размещены охлаждающая трубка и электронагреватель. Однако криогенный комплекс, созданный на мюнхенском реакторе, имеет ряд недостатков. 1,Опасность разрушения каналакриостата, изготовленного из алюминия, при большой мощности реактора в отсутствии крионосителя приводит к необходимости делать его подвижньм в бассейне реактора, что ведет к резкому увеличению площади, занимаемой комплексом в бассейне реактора и на его верхней пло щадке; к необходимости Использования гибких трубопроводов для подачи и отвода газообразного гелия, которые ненадежны в эксплуатации; к . необходимости создания дополнительных электромеханических систем для перемещения канала-криостата и холодильной установки. 2.Возможность попадания воздуха через вращающийся фланец поворотного устройства в циркулирующий крионоситель, что приводит к возникно.вению радиоактивных аэрозолей внутри системы, что в свою очередь создает угрозу взрыва канала криостата 3i Контакт крионосителя непосредственно с облучаемым образцом создает возможность попадания радиоактив ных аэрозолей из образца в циркулирующий газ, что создает опасность радиоактивного загрязнения всего комплекса. Цельй ряд научных и практических задач, кроме осуществления перемеще ния образцов без отогрева из зоны о лучения в испытательное устройство, требуют проведения исследований свойств испытуемых образцов в высок магнитных полях. Однако действующие конструкции петель не могут позволить проведение подобных исследований. Цель изобретения - упрощение кон струкции петель, повьшение надежности и безопасности ее эксплуатации, а также исследование в высоких магнитных полях вплоть до 8 Т и температуры на испытуемь1х образцах при облучении - 12 К и выше, вне зоны облучения - 4,2. К и вьпне. Цель достигается тем, что в предлагаемую конструкцию дополнительно введен второй гелиевый криостат и разборный шток, перемещающийся через сальниковый уплотнитель внутри второго гелиевого криостата, на. конце последней секции которого закреплен образец, а канал-криостат заглушен с нижнего конца, причем первый гелиевый криостат расположен в верхней части петли, а внутри него размещен сверхпроводящий соленоид, в центре которого расположена нижняя часть второго гелиевого криостата, на которой укреплен.электронагреватель. На чертеже изображена схема устройства, поясняющая изобретение. Криогенная петля содержит кожух 1, внутри которого расположен каналкриостат 2, в котором размещен исследуемый образец 3, закрепленный со -всеми измерительными коммуникациями на штоке 4, проходящем в верхней части канала-криостата через сальниковое уплотнение 5, Шток 4 выполнен разборным, состоящим из 4-х секций, каждая из которых может быть присоединена (отсоединена) по мере перемещения образца в каналекриостате вниз,(вверх). Бьгооды проводов , служащих для электрофизических измерений и введения тока в образец, закреплены на верхнем конце нижней секции штока. При размещении образца в зоне исследования выводы проводов расположены за уплотнением 5 и подключены к соответствующим измерительным приборам и устройствам. Канал-криостат 2 окружен концентрически расположенными трубами 6-8, служащими для подвода и отвода потока крионосителя. Канал-криостат заглушен с нижнего торца и, тем самым, объем его изолирован от потока охлаждающего газа. В верхней части петли расположен, гелиевый криостат 9, в котором размещен сверхпроводящий соленоид Ю. Для теплоизоляции гелиевого криостата служит экран 11, охлаждаемый об-

ратным потоком крионосителя, проходящим через змеевик 12. Теплоизоляция других холодных поверхностей петли обеспечена высоким вакуумомвнутри кожуха петли.

В верхней части канала-криостата размещен малый гелиевый криостат 13, предназначенный для охлаждения образца во время исследования его свойств, Канал-криостат 2 отделен от гелиевого криостата 9. газовым зазором, служащим для регулирования теплообмена между ними. Для регулировки температуры исследуемого образ.Ца при размещении его в зоне сверхпроводящего соленоида электронагреватель 14 укреплен на нижней части малого гелиевого криостата 13.

Петля работает следующим образом. Образец 3, укрепленный на.штоке 4, помещают в канап-криостат 2 и перемещают вниз до положения, в котором он будет находиться в поле реакторного излучения. В этом положении образец находится во время всей компании облучения. Охлаждающий газкрионоситель, поступающий в петлю из рефрижератора, омывает практически полностью канал-криостат 2 за исключением его части, расположенной внутри гелиевого криостата 9. По достижении нижнего торца каналакриостата поток крионосителя разворачивается на 180° и возвращается в рефрижератор. На обратном пути поток крионосителя теплоизолирует прямой поток, и, проходя через змеевик 12, охлаждает экран 11

Перед заверщением облучения производится заполнение гелиевых криостатов 9 и 13 жидким гелием и пуск сверхпроводящего соленоида (при необходимости). После окончания облучения образец перемещают из зоны облучения в зону исследования и приводят в тепловой контакт с электронагревателем 14. По мере извлечения образца-из зоны облучения шток 4 разбирают. Концы измерительных и токоподводящих проводов, выходящие из последней секции, присоединяют к соответствующим приборам и устройствам, после чего, вакуумировав предварительно канал-криостат до давления 10 -10 для исключения влияния конвекции газа на температуру образца, производят исследования свойств последнего. Необходимое изменение температуры достига.от регулировкой мощности тепла, выделяемого в нагревателе 14.

Предлагаемая конструкция криогенной петли более проста в создании и надежна в эксплуатации, не требует систем для ее перемещения и исключает возможность возникновения аэрозолей в циркулирзпощем крионосителе и угрозу взрыва от проникновения внутрь воздуха. С ее использованием возможно проводить дистанционные измерения различных физикомеханических свойств как в зоне излучения, так и вне ее, не сбрасывая мощности реактора, и тем самым исключ/ается влияние работы петли на эксплуатационный режим реактора. Впервые введенный в состав петли сверхпроводящий соленоид позволяет изучать критические параметры сверхпроводников, облученных как в нормальном, так и в сверхпроводящем состояниях, а также исследовать поведение радиационных дефектов в сильных магнитных полях.

77

12 13

.10

if

КРИОГЕННАЯ ПЕТЛЯ, содержащая выполненный в .виде трубы ка- нал-криостат и гелиевый криостат, расположенные в общем кожухе, и систему циркуляции крионосйтеля, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции пет-ли, повышения надежности и безопасности ее эксплуатации, в нее дополнительно введены второй гелиевый криостат и разборный шток, перемещающий через сальниковый уплотнитель внутри второго гелиевого криостаТа, на конце последней секции которого закреплен образец, канал-криостат'.^ заглушен с нижнего конца, причем первый гелиевый криостат расположен в верхней части петли, а внутри него размещен сверхпроводящий соленоид, в центре которого расположена нижняя часть второго гелиевого кри- остата, на которой укреплен электронагреватель.с !б

S 76