Криостат для оптических исследований в импульсных магнитных полях

 

1. КРИОСТАТ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ИМПУЛЬСНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ, содержащий азотный сосуд с двойными стенками и соленоидом и установленный внутри него соосно гелиевый сосуд с двойными стенками и объектом исследований, выполненный с внешним и внутренним хвостовиками, на днищах которых установлены оптические окна, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем уменьшения потерь света, он снабжен вертикальной трубой, размещенной в днище азотного сосуда между его стенками, конец внешнего хвостовика гелиевого сосуда расположен внутри трубы и днище внещнего хвостовика гелиевого сосуда размещено под трубой. 2. Криостат по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен линзой, размещенной между оптическими окнами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН з«5в F 17 С 3 00 F 25 D 3/!О

Г

1

6ЫйЛН0. .:«,;;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3460849/23-26 (22) 30.06.82 (46) 30.05.84. Бюл. № 20 (72) Н. И. Улицкий, Б. М. Харламов и В. И. Нижанковский (71) Институт спектроскопии АН СССР (53) 621.59 (088.8) (56) 1. «Scient Instr», 1981, 14, с. 349.

2. «ПТЭ», 1981, № 1, с. 204. (54) (57) 1. КРИОСТАТ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ИМПУЛЬСНЫХ

МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ, содержащий азотный сосуд с двойными стенками и соленоидом и установленный внутри него соосно гелиевый сосуд с двойными стенками и объекЛ0,» 1095011 А том исследований, выполненный с внешним и внутренним хвостовиками, на днищах которых установлены оптические окна, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем уменьшения потерь света, он снабжен вертикальной трубой, размещенной в днище азотного сосуда между его стенками, конец внешнего хвостовика гелиевого сосуда расположен внутри трубы и днище внешнего хвостовика гелиевого сосуда размещено под трубой.

2. Криостат по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен линзой, размещенной между оптическими окнами.

10950 . !

Изобретение относится к криогенной технике, более конкретно к устройству криостатов с оптическими окнами, и может быть использовано для оптических исследований при низких температурах в сильных импульсных магнитных полях.

Известны криостаты для магнитно-00ТНsecant исследований в сильных полях, состоящие из отдельно cTQHLllpl гелиевого дюара, рабочей камеры с торцовыми окнами, помещенной в рабочий объем импульсного маг- 10 нита, и дюарного гелиепровода, соединяющего рабочую камеру с дюаром. Испаряющийся в соответствующем дюаре гелий продувается через рабочую камеру, охлаждая исследуемый образец то необходимой температуры (I ) .

Недостатком конструкции является большой расход гелия, связанный (из-за большой длины гелиепровода) с необходимостью интенсивной продувки гелия для достаточного глубокого охлаждения образца.

Наиболее близким к предлагаемому является криостат для оптических исследований в импульсных магнитных полях, содержащий азотный сосуд - двойными стенками и соленоидом и установленный внутри него соосно гелиевый сосуд с двойными стенками и объектом исследований, выполненный с внешним и внутренним хвостовиками, на днищах которых установлены оптические окна. Азотный сосуд также снабжен двумя оптическими окнами (2).

В такой конструкции, однако, имеются большие потери света, связанные с отражением на четырех окнах (двух в азотном, двух — в гелиевом сосудах) и, главное, с рассеянием на пузырьках кипящего хладагента (гелия и азота) и хлопьях снега, накапливающихся в нижней части азотного со35 суда, приводящим также к большому уровню светового шума. Кроме того, известный криостат обладает невысокой надежност. из-за наличие трех «холодных» окон, являющихся слабыми местами любого опти- 40 ческого криостата. Невысокую надежность в криостате имеют, например, клеевые крепления окон гелиевого сосуда.

Цель изобретения — улучшение эксплуатационных характеристик криостата за счет уменьшения потерь света на кипящем хлад- 45 агенте, снеге и оптических окнах, а также улучшение технологичности и надежности конструкции.

Указанная цель достигается тем, что криостат, содержащий азотный сосуд с двойными стенками и соленоидом и установленный внутри него соосно гелиевый сосуд с двойными стенками и объектом исследований, выполненный с внешним и внутренним хвостовиками, на днищах которых установлены оптически окна, снабжен вертикальной 55 трубой, размещенной в днище азотного сосуда между его стенками, конец внешнего хвостовика гелиевого сосуда расположен внутри трубы и днище внешнего хвостовика гелиевого сосуда размещено под трубой.

Г1ри этом криостат дополнительно снабжен линзой, размещенной между оптическими окнами.

На чертеже, схематически изображен криостат, разрез.

Азотный сосуд криостата выполнен из нержавеющей стали. Стенки 1 и 2 сосуда согнуты из листов толщиной 1 мм и сварены с фланцами 3 — 6. Для фиксации положения гелиевого сосуда к верхнему фланцу азотно о сосуда крепится крышка 7 из нержавеющей стали с отверстиями для токовво<ов соленоида 8 и заливки азота. Гелиевый сосуд криостата также изготовлен из нержавеющей стали. Фланцы 9 — 12 припаяны серебром к стенкам гелиевого сосуда 13 и трубкам его хвостовиков 14 и 15. Внутренний хвостовик 15 выполнен в виде перехода нержавеющая сталь — ковар — стекло — кварц, так как использование обычно применяемого медного перехода в данном случае невозможно из-за опасности разогрева медного кольца токами Фуко, наводимыми в нем импульсным полем. В центре рабочей зоны соленоида 8 находится оптическое кварцевое окно 16. Второе «теплое» окно 17 находится при комнатной температуре. Оно непосредственно приклеено эпоксидным клеем к днищу внешнего хвостовика 14. Хвостовик 14 выведен из азотного сосуда через вертикальную трубу 18 и герметизуюший зажим 19 с резиновой прокладкой 20. Для увеличения светосилы внутрь хвостовика 14 помещена кварцевая линза 21, расположенная так, что в фокусе ее находится кювета с объектом 22 исследования, закрепленная на торце кварцевого световода 23. Световод помещен в запаянную кварцевую трубку 24. Наличие воздушной прослойки между световодом и трубкой необходимо для сохранения условия полного внутреннего отражения в световоде при заполнении дюара жидким гелием.

С целью уменьшения потерь света и устра. нения помех при прохождении света через хладагент кювета с объектом 22 исследования помещена вплотную к окну 16 гелиевого сосуда. Гелиевый сосуд сделан разборным.

Вакуумное уплотнение 25 между фланцами 9 и 10 индиевое, а уплотнение 26 между крышкой 27 криостата и фланцем 9 резиновое. В крышке 27 сделаны отверстия для заливки гелия и отвода газообразного гелия. К крышке 27 крепится через уплотняющую прокладку световод. Кроме того, на ней закреплен измеритель уровня гелия — трубка 28, в которой находится проволока из NbTi (через проволоку пропускается стабилизированный постоянный ток и измеряется падение напряжения на ней). В вакуумном объеме гелиевого сосуда припаяна также сетка с адсорбентом 29, улучшающая его вакуумные свойства. Для охлаждения криостата и соленоида необходимо 25 л жидкого азота.

1095011

Составитель Г. Ольшанская

Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Тираж 471 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Н. Яцола

Заказ 3573/22

Внутренний объем гелиевого дюара 0,8 л, расход жидкого гелия 150 — 200 мл/ч.

Такая конструкция,криостата призела к существенному улучшению его оптических характеристик. Потери проходящего света уменьшились в 3 — 5 раза, шумы, связанные с рассеянием на пузырьках кипящего хладагента, устранены. Апертурная линза имеет относительное отверстие 1:3,5, что обеспечивает высокую светосилу оптической части криостата. Устранение 2-х холодных окон, являющихся наиболее слабым звеном любого криостата, повысило надежность конструкции и упростило технологию изготовления.