Низкотемпературная оптическая камера высокого давления Советский патент 1983 года по МПК G01N21/03 

Изобретение относится к области оптических измерений и предназначено, главным образом, для проведения научных исследований спектральных характеристик твердых ел в условиях высоких давлений при температуре жидкого гелия (4,2 К).

Известна оптическая камера высокого давления для оптической .спектроскопии при температуре жидкого азота. .

Однако поскольку влияние высокого давления при гелиевых температурах накладывает специфические требования к конструкции и материалам камеры, данную оптическую камеру невозможно использовать для проведения исследований при температуре жидкого гелия.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является низкотемпературцая оптическая камера высокого давления, содержащая ступень сжатия по типу цилиндр-поршень, включающую в себя соосно расположенные корпус, вставку, два противоположно направленных .поршня, имеющие прозрачные окна из монокристалла хлорида натрия, зафиксированные в сжатом состоянии прозрачными пуансонами из лейкосапфира, и передающую давление твердую рабочую среду.

.Недостатком этого устройства является то, что максимально достижимое давление при его использовании не превышает 35 кбар, поскольку при более высоких давлениях наблюдается разрушение камеры.

Целью изобретения является повыше10ние максимального уровня достигаемого давления до величины не менее 50 кбар.

С этой целью низкотемператур 1ую оптическую камеру высокого давления,

15 содержащую ступень сжатия по типу цклиндр-поршень, включающую в себя соосно расположенные корпус, вставку, два противоположно нап равленных поршня, имеющих ;пр6зрачныё окна из 20монокристалла хлорида натрия, зафиксированные в сжатом состоянии прозрачными пуансонами из лейкосапфира, и передающую давление твердую рабочую среду, дополнительно введена раз25мещенная сосно корпусу в центре передающей давление твердой рабочей среды вторая ступень сжатия по типу цилиндр-поршень, содержащая вставку в виде шара с центральным осевым отвер30 переменного вдоль оси сечения. имеющим крайние конические части и центральную цилиндрическую часть, дв поршня с цилиндрическими отверстиями заполненными Т:1онокристалламй хлорида натрия, и передающую давление нд образец твердую рабочую среду, причем поршни с цилиндрическими отверстия и вставлены в крайние конические части центрального осевого отверстия вставки через прокладки из более мяг кого галогенида, а передающая давление на образец твердая рабочая среда выполнена в виде прокладок из более жестких галогенидов и расположена в центральной цилиндрической части цен рального осевого отверстия вставки. На фиг. 1 показана схема низкотем пературной оптической камеры высокого давления; на фиг. 2 - схема второй ступени сжатия по типу цилиндрпоршень, узел I на фиг. 1. Низкотемпературная оптическая камера содержит корпус 1, выполненный из бериллиевой бронзы, хорошо работающей в условиях темг1ературы жидкого гелия, внутри которого соосно рас положены вставка 2, два подвижных поршнях 3, имеющих прозрачные окна 4 из монокристаллов хлорида натрия, на внешних сторонах поршней расположены прозрачные пуансоны 5 из лейкосапфира, прокладки 6 из индия, прижимные втулки 7 и гайки 8 для поддерживания постоянного давления на прозрачные пуансоны 5, нажимные пуансоны 9, гай ки 10.для фиксации давления. Поршни 3 могут перемещаться по направляющим 11. Передающая давление твердая рабочая среда выполнена в виде набора прокладок 12 и 13 из кристаллов галогенида. Для измерения температуры в зоне исследуемого образца предусмо рен специальный карман 14, в который вводят термопару. В центре передающей давление твер дой рабочей среды размещена вставка 15 второй ступени сжатия по типу, цилиндр-поршень. Вставка имеет форму шара (фиг. 2) с центральным осевым отверстием пере менного вдоль оси сечения. - В KpalHHHe конические части центрального осевого отверстия вставки вставлены поршни 16, имеющие цилиндрические отверстия, в которые вставлены прозрачные окна 17, выполненные из монокристалла хлорида натрия. Меж ду окнами 4 поршней внешней ступени сжатия 9 и окнами 17 поршней второй ступени сжатия имеются соединительные прокладки 18. Исследуемый образец 19 и манометр 20 КЗ рубина помещаются внутри передающей давление на образец твердой рабочей среды, образованной прокладками 21 и 22 из более жестких галоге нидов (хлорида натрия и хлорида лития) , расположенной в центральной цилиндрической части центрального осевого отверстия вставки. Поршни 16 вставлены в крайние, конические части центрального осевого отверстия, вставки 15 через проклсадки 22 из мягкого галогенида бромида калия. Сборка низкотемпературной оптической камеры высокого давления и ее работа осуществляются следующим образом. Поршень 3 ставится на гайку 10 для фиксации давления. На торец поршня 3 кладут прокладку. 13 из галогенида и соединительную прокладку 18, затем ставят поршень 16 второй ступени. На поршень 16 одевают прокладку 12 из монокристалла галогенида, являющуюся одной из половин детали рабочего объема, и прокладку 23 из мягкого гелогенида. На прокладку 23 ставят вставку 15 второй ступени сжатия и заполняют рабочий объем второй ступени сжатия, последовательно помещая во вставку 15 прокладки 21, 22 и 21,исследуемый образец 19, прокладку 21, манометр 20 из рубина, прокладки 21, 22 и 21. Затем последовательно ставят вторую прокладку 23 из мягкого галогенида, второй поршень 1.6 второй ступени, вторую прокладку 12 из монокристалла галогенида, соединительную прокладку 18 и прокладку из галогенида 13. После этого надевают корпус 1 и навинчивают его на гайку 10 для фиксации давления до тех пор, пока вставка 15 второй ступени сжатия не окажется посредине корпуса 1. Затем ставится второй поршень 3 и ввинчивается вторая гайка 10 для фиксации давления. После этого вставляются нажимные пуансоны 9 и помещают камеру под пресс. Создают давление, фиксируют его гайками 10 для фиксации давления, удаляют нажимные пуансоны 9 и помещают низкотемпературную оптическую камеру высокого давления в криостат. В процессе набора давления оно повышается одновременно в обеих ступеjSHX сжатия (во внешней от О до 20 кбар, а во внутренней от О до 0 кбар) . Таким образом, при максимальном рабочем давлении вторая ступень сжатия находится под давлением со стороны внешней ступени сжатия 20 кбар. Подвижность оооих поршней внешней ступени сжатия и относительная жесткость прокладок из кристаллов г;алогенидов, образующих твердую рабочую среду внешней ступени, позволяют достичь для этой среды условия гидростатичности. Таким образом, использование предложенной низкотемпературной оптической камеры высокого давления позволяет повысить максимальный уровень достйжимого давления при оптических измерениях при температуре жидкого геЛИЯ до величины не менее 50 кбар. Формула изобретения Низкотемпературная оптическая высокого давления, содержащая ступень сжатия по типу цилиндр-поршень, включающую в себя соосно расположенные корпус, вставку, два противоположно направленных поршня, имеющих прозрачные окна из монокристалла хлорида натрия, зафиксированные в сжатом состоянии прозрачными пуансонами из лейкосапфира, и передающую давление твердую рабочую среду, о тличающалс я тем, что, с целью повышения максимального уровня достижимого давления до величины не менее 50 кбар, в нее дополнительно введена размещенная соосно с корпусом в .центре передающей давление твердой рабочей среды вторая ступень сжатия по т пу цилиндр-поршень,содержащая вставк в виде шара с центральным осевым отверстием переменного вдоль оси сечения, имеющим крайние конические части и центральную цилиндрическую часть, два поршня с цилиндрическими отверстиями, заполненными монокристаллами хлорида натрия,и передающую давление на образец твердую рабочую среду,причем поршни с цилиндрическими отверстиями уставлены в крайние конические части центрального осевого отверстия вставки через прокладки из более мягкого / галогенида, а передающая давление на образец твердая рабочая среДа выполнена в виде прокладок из более жестких галогенидов и расположена в центральной цилиндрической части центрального осевого отверстия вставки. Источники и«формации, принятые во внимание при экспертизе 1.Волошин В.А., Савуцкий А.И. Аппаратура для оптических исследований при высоких давлениях. Физические исследования при высоких давлениях. Таллин. Из-во АН Эстонской ССР, 1977, с. 65-71.. 2.Волошин В.А., Касьянов А.И. Низкотемпературная оптическая камера высокого давления. ПТЭ. -1980, 203, с. 203 - 206 (прототип).