Проточный оптический криостат Советский патент 1981 года по МПК F25D3/10 

Поставленная цель достигается тем, что рабочая камера снабжена теплоизолированными соосно установленными трубами из материала с низкой теплопроводностью, одними концами закрепленными в камере, а другими - герметично соединенными с оптическими окнами. Кроме того, чтобы предотвратить охлаждение оптического окна, каждая из труб снабжена теплообменником или нагревателем, установленным перед окном, и диафрагмами в виде плоских колец, размещенными на внутренней поверхности трубы, а для расширения функциональных возможностей криостата одна из труб выполнена телескопической и снабжена эластичным кольцевым уплотнением. У диафрагм диаметр отверстия может изменяться вдоль трубы согласно требуемой апертуре проходящего света. С целью устранения резонансных пульсаций газа в трубе распределение диафрагм неравномерное, причем расстояние между ними уменьшается в сторону рабочей камеры, что обеспечивает максимальный градиент температуры в прилегающем к рабочей камере конце трубы. Устранение теплообмена оптического окна с рабочей камерой в предложенной конструкции позволяет устранить поляризационные искажения света, обусловленные зависящими от температуры деформационными напряжениями этих окон. При этом охлаждаемый объект отделен от наблюдателя только одним оптическим окном. Таким образом уменьшаются поляризационные искажения света, связанные с наличием дополнительного неидеального окна. На фиг. 1 изображен общий вид нредложенного проточного криостата; на фиг. 2 - оптимальный вариант выполнения криостата; на фиг. 3 - разрез по- А-А фиг. 2; оптического криостата в разрезе; на фиг. 4 - разрез по Б-Б фиг. 2. Криостат имеет рабочую камеру 1 с охлаждаемым объектом 2, окруженную теплоизоляцией 3, теплоизолированные трубонроводы для подачи 4 и отвода 5 хладагента, теплообменник 6 с нагревателем 7 для регулировапия температуры хладагента, оптические окна 8, герметично установленные в торце тонкостенной трубы 9, диафрагмы 10, нагреватель или теплообменник 11 для компенсации теплообмена оптического окна с рабочей камерой по газообразному хладагенту внутри и по стенке трубы 9. Рабочая камера I, трубопроводы 4, 5 и трубы с оптическими окнами 8 могут иметь общую, например, вакуумную теплоизоляцию. Хладагент из транспортного сосуда принудительно подается по трубопроводу 4 через теплообменник 6 с нагревателем 7, где подогревается до заданной температуры, в рабочую камеру 1, откуда удаляется ПО Трубопроводу 5. Объект , охлаждаемый протекающим через рабочую камеру хладагентом, находится в пучке света, проходящего через оптические окна 8. Вариантом оптимального выполнения криостата может служить проточный оптический криостат для исследования взаимодействия объекта со светом в магнитном поле сверхпроводящего соленоида (см. фиг. 2). Рабочая камера 1 с объектом 2 образована трубой 9, выходящей одним концом к оптическому окну 8, другой конец которой образует стенку трубопроводов 4 и 5. В направлении оптической оси криостата она ограничена торцами диафрагмированных труб 12 и 13 с оптическими окнами 8 на внешних торцах. Объект 2 вставляется в рабочую камеру 1 вместе с окном 8 на трубе 12, которая герметизируется эластичным кольцевым уплотнением 14 в трубе 9, т. е. труба 9 выполнена телескопической. Труба 15 образует наружную стенку вакуумной теплоизоляции 3 криостата. Трубопроводы 4 и 5, выполненные симметрично, имеют переход с круглого сечения на прямоугольное (см. фиг. 3) и далее переходят в зазор между коаксиальными трубами 9 и 16. В этом зазоре они разделены продольными вкладышами 17 (см. фиг. 4). Теплообменник 6 с нагревателем 7 вставлен в зоне круглого сечения трубопровода 4. Охлаждаемый объект вращается вокруг оси проходящего света вместе с трубой 12 в уплотнении 14 и может перемещаться вдоль оси. В данной конструкции оптимальным будет использование электрического нагревателя 11, вписывающегося в диаметр наружной трубы 15 криостата. Этот криостат может быть вставлен в сверхпроводящий или импульсный соленоид, а также в другие устройства экспериментальной техники, например между полюсами магнита и может быть использован как самостоятельное устройство не только в видимой области электромагнитных волн, но и в рентгеновском, ультрафиолетовом, инфракрасном и СВЧ диапазонах с применением соответствующих материалов для окон. Возможно также электронное облучение охлаждаемого объекта. Устранение тенлообмена оптических окон проточного оптического криостата с рабочей камерой позволяет поддерживать их при комнатной температуре и таким образом избавиться от деполяризации и хроматической аберрации проходящего поляризованного света, вызываемых низкотемпературным деформ.ационным напряжением оптических окон. Уменьшение количества окон, отделяющих охлаждаемый объект от наблюдателя, также приводит к уменьшеНИЮ искажений проходящего cSeta, свйзанных с неидеальностью оптических окон, достаточно простой герметизации, что приводит к уменьшению деформационных напряжений окон и позволяет в качестве окна использовать элементы оптической системы, например поляризатор или линзу.

В предложенной конструкции криостата охлаждаемый объект вводится в рабочую камеру вместе с окном, чем облегчается смена объекта н упрощается механизм вращения объекта вокруг оси проходящего света совместно с продольным перемещением, выполненный заодно с кольцевым уплотнением окна. В данном криостате также отсутствует разъюстировка объекта, связанная обычно с укорочением п колебаниями охлаждаемого длинного держателя. Описанный криостат также отличается мат лыми габаритами и металлоемкостью.

Благодаря малой массе охлаждаемых конструкций криостат отличается экономичностью и большой скоростью регулирования температуры.

При диаметре объекта до 11 мм и толщине в 5 мм диаметр наружной трубы криостата равен 16 мм, а расстояние между окнами 130 мм. Через рабочую камеру может проходить газо-жидкостная смесь, что позволяет плавно регулировать температуру охлаждаемого объекта вплоть до температуры жидкого хладагента.

Формула изобретения

1.Проточный оптический криостат, содержащий теплоизолированную рабочую камеру с оптическими окнами, теплоизолированный трубопровод подачи хладагента в камеру с размещенным на нем нагревателем и трубопровод отвода хладагента, отличающийся тем, что, с целью улучшения работы устройства за счет устранения деформационных напряжений в стенках окон, рабочая камера снабжена теплоизолированными соосно установленными трубами из материала с низкой теплопроводностью, одними концами закрепленными в камере, а другими - герметично соединенными с оптическими окнами.

2.Криостат по п. 1, отличающийся тем, что, с целью улучшения работы устройства за счет предотвращения охлаждения оптического окна, каждая из труб снабжена теплообменником или нагревателем, установленным перед окном, и диафрагмами в виде плоских колец, размещенными на внутренней поверхности трубы.

3.Криостат по пп. 1-2, отличающий-. с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, одна из труб выполнена телескопической и снабжена эластичным кольцевым уплотнением.

А-А

Фиг.З

Фиг. 2

6-6

3

I }5

П

Фг/г