Криостат — SU 1104342 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19,80110434 А зс 51) Р 25 Р 3/10 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВ ВТОРСКОМ(54) (57) КРИОСТАТ по авт. св. отличающийся тем, что, с целью температуры в рабочей камере нении расхода хладагента и эн в верхней части трубки для по образного хладагента выполнен ней мере одно капиллярное отв сообщения кольцевого зазора м ными трубками в сосуде Дью лостью трубки для подвода газ хладагента. Базарный, В. Паного Знамени электроники льство ССС10, 1981. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Трудового Краснинститут радиотехники иАН СССР(56) 1. Авторское свидете1043439, кл. Г 25 0 3/043439сниженияпри сохраергозатрат, двода газоо по крайерстие для ежду соосара с по- ообразногоИзобретение относится к вакуумно-криогенной технике, а именно к криостатам, и1 нже 1 быть использовано для исследовани емнературных зависимостей электрофизических, оптических и других свойств твердынях тел.По основному авт. св. Мо 1043439 известен криостат, используемый в вакуумнокриогенной технике, в частности при использовании температурных зависимостейэлектрофизических, оптических и других свойств твердых тел, содержащий вакуумную камеру с установленным в ней объектодержателем, выполненным из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, сосуд Дьюара для жидкогохладагента, установленные в камере уобъектодержателя и в сосуде Дьюара электронагреватели и трубку для подвода газообразного хлада гента из сосуда Дьюарав камеру. Участок трубки для подвода газообразного хладагента, размещенный в сосуде Дьюара, имеет Гэ-образную форму и нижняя часть его расположена ниже предполагаемого уровня жидкости в сосуде, при этом восходящий участок трубки заключен в соосно с ним расположенную трубку, закрытую сверху, а участоктрубки, расположенный в камере, сообщенс полостью объектодержателя и заключенв расположенную соосно с ним трубку,один конец которой сообщен с полостьюобъектодержателя, а другой - с атмосферой 11.Однако данное устройство не позволяетполучать достаточно низкие температуры(порядка 90 К и ниже) и не обеспечиваетдостаточной их стабильности в этом диапазоне ввиду непостоянства уровня жидкого хладагента в кольцевом зазоре между соосными трубками, расположеннымив сосуде Дьюара.Целью изобретения является снижениетемпературы в рабочей камере при сохранении расхода хладагента и энергозатрат.Поставленная цель достигается тем,что в криостате в верхней части трубкидля подвода газообразного хладагентавыполнено по крайней мере одно капиллярное отверстие для сообщения кольцевогозазора между соосными трубками в сосудеДьюара с полостью трубки для подвода газообразного хладагента,Такое конструктивное решение обеспечивает получение достаточно низких минимальных рабочих температур (77 К) засчет максимального охлаждения газообразного хладагента по всей длине трубки дляего подвода из сосуда Дьюара к образцу.На чертеже изображен криостат, разрез.Криостат содержит вакуумную камеру 1с объектодержателем 2, выполненным изматериала с высокой теплопроводностью(например, из меди), и образцом 3, расположенную на транспортном сосуде 45 10 15 20 Дьюара с жидким хладагентом 5 (например, азотом), трубку 6 для подвода газообразного хладагента, выполненную из материала с высокой теплопроводностью. Участок трубки 6, размещенный в сосуде 4 Дьюара, имеет С-образную форму и нижняя часть его расположена ниже предполагаемого уровня жидкости в сосуде 4. При этом восходящий участок трубки 6 заключен в соосно с ним расположенную теплоизоляционную трубку 7, закрытую в верхней части крышкой 8. На этом участке трубки 6 ниже крышки 8 выполнено по крайней мере одно капиллярное отверстие 9 для сообщения кольцевого зазора 10 между соосными трубками 6 и 7 с по. лостью трубки 6, причем пропускную способность капиллярных отверстий 9 выбирают меньшей, чем пропускная способность трубки для подвода газообразного хладагента 6. Например, для одного из случаев реализации были выбраны следующие соотношения: диаметр капиллярных отверстий 9 до равен 0,3 мм, диаметр трубки для подвода газообразного хладагента 6 дг - 3 мм.В сосуде 4 размещен электронагреватель 11. Участок трубки 6, расположенный в вакуумной камере 1, сообщен с полостью объектодержателя 2 и заключен в соосно с ним расположенную трубку 12 из материала с низкой теплопроводностью (например, из нержавеющей стали), олин конец которой сообщен с полостью объектодержателя 2, а другой - с атмосферой.К трубке 12 крепится экран 13. Внутри трубки 6 находится электронагреватель 14.Предлагаемое устройство работает следующим образом.При включении электронагревателя 11повышается давление в сосуде 4 Дьюара, газообразный хладагент вытесняется в трубку 6, а жидкий хладагент поднимается по кольцевому зазору 1 О между труб ками 6 и 7, при этом охлаждает газообразный хладагент в трубке 6 и является теплоизолятором.Капиллярные отверстия 9, выполненныев трубке 6, позволяют выровнять давления 4 в полости кольцевого зазора 10 и в полоститрубки 6. В результате избыточное давление над столбом поднимающейся по зазору 10 жидкости. устраняется и при определенном давлении в сосуде 4 Дьюара, которое регулируется электронагревате лем 11, жидкий хладагент поднимается покольцевому зазору 10 между трубками 6 и 7 непосредственно до крышки 8, обеспечивая постоянное максимальное охлаждение газообразного хладагента по всей длине трубки 7 и, следовательно, стабиль 55 ность получаемых низких температур, независящих от уровня жидкого хладагента в сосуде Дьюара. Одновременно жидкий хладагент через капиллярные отверстия 91104342 Составитель И. Шабалина Редактор Н. Лазаренко Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи Заказ 4995/27 Тираж 514 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4попадает из кольцевого зазора 10 в полость трубки 6, вызывая дополнительное охлаждение газообразного хладагента, поступаюгцего по ней к образцу 3. Для обеспечения экономии жидкого хладагента диаметр капиллярных отверстий 9 выбирается таким, чтобы его пропускная способность была меньше пропускной способности трубки 6 для подвода газообразного хладагента. Далее газ поступает в полость объектодержателя 2 и выходит из криостата по 1 О кольцевому зазору между трубками 6 и 11. Возвратный поток газа служит в качестве теплоизолятора и позволяет снизить приток тепла к газообразному хладагенту, проходящему по внутренней трубке 6 к образцу 3. Для улучшения теплоизоляции объекта используется медный экран 13,имеющий хороший тепловой контакт с трубкой 11. Температуру образца регулируют за счет изменений температуры и скорости газообразования хладагента, которые осуществляют посредством электронагревателей 14 и 11 соответственно. Расположение электронагревателя 14 внутри трвубки 6 позволяет осуществлять плавную регулировку температуры и повысить точность термостабилизации. Изобретение позволяет достичь минимальную рабочую температуру 77 К, что существенно ниже минимальной рабочей температуры базового объекта (95 К), при практически тех же расходах жидкого хлад- агента и энергозатрат, что и у известного криостата.