Устройство для оптических исследований образцов при сверхнизких температурах

 

Изобретение относится к исследованию при сверхнизких температурах, может быть использовано в физических экспериментах при оптических исследованиях кристаллических и аморфных образцов . Устройство содержит рефрижератор растворения гелия-3 в гелии-4 с камерой 2 растворения. Образец помещается в нижнюю сверхнизкую фазу 17 расслоенной смеси гелия-3 и гелия- 4. Оптическое излучение вводится в устройство через оптический тракт, (Л со со сд vl 00 00

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ((9) (11) (5)) 4 F 25 D 3/10 G 01 J 3/30

K)..;"""ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3936202/31-13 (22) 29.05,85 (46) 07.09.87. Бюл. Ф 33 (71) Институт физики АН ЭССР (72) В.Х.Корровитс, Г.Г.Лийдья и M.A.Òðóììàë (53) 621.565 (088,8) (56) Лийдья Г.Г. Магнитно-оптический криостат для температур ниже 1 К, ПТЭ, т.22, 1973, ((- 3, с.211.

Журкин В.Г., Фрадков В. А., Филин Б.П., Цковрябов А.M. Оптический рефрижератор растворения Не-3/Не-4, ФИНТИ, Криогенный отдел, препринт

Р 107, М., 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБРАЗЦОВ ПРИ СВЕРХНИЗКИХ TFMПЕРАТУРАХ (57) Изобретение относится к исследованию при сверхнизких температурах, может быть использовано в физических экспериментах при оптических исследованиях кристаллических и аморфных образцов. Устройство содержит рефрижератор растворения гелия-3 в гелии-4 с камерой 2 растворения. Образец помещается в нижнюю сверхнизкую фазу

17 расслоенной смеси гелия-3 и гелия4. Оптическое излучение вводится в устройство через оптический тракт, 1335788 содержащий окна 27, 28, 29, 30, 31, поглощающего инфракрасное излучение, 16, расположенные на стенках рефриже- апертура которых менее 11 для orо ратора на одной оси с осью держателя раничения паразитного светового пообразца и выполненные из материала, тока. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области исследований при свсрхнизких температурах и может быть использовано в физических эксперимент ах при оптических исследованиях кристаллических и аморфных образцов.

Целью изобретения является расширение диапазона исследований.

На фиг.1 представлено устройство для оптических исследований образцов при сверхнизких температурах; на фиг,2 — камера растворения Не-3 в

Не-4; на фиг.3 — оптический тракт с расположением окон по горизонтальной оси рефрижератора; па фиг.4 — оптический тракт с расположением окон по вертикальной. оси рефрижератора.

Устройство содержит рефрижератор растворения гелия-3 в гелии-4, Его низкотемпературная часть помещается внутри вакуумной камеры 1 и состоит из камеры 2 растворения, низкотемпературного теплообменника 3 и камеры

4 испарения с экраном 5. Вакуумная камера 1 находится в гелиевом сосуде

6, который окружен азотным экраном 7.

Азотный сосуд 8 расположен над гелиевым сосудом, рефрижератор содержит кожух 9. Для откачки гелия-3 служит труба 10, для подачи гелия-3 предназначен капилляр 11. Стрелками показан путь циркуляции гелия-3 внутри рефрижератора. Кожух, экран и камеры имеют съемные нижние части с разборными фланцами 12.

Камера растворения гелия-3 в гелии-4 имеет съемное дно 1,3 с индиевой прокладкой 14. Дно 13 снабжено пилиндрическим патрубком 15 с толщиной стенки 0,08 мм. К патрубку 15 приклеивается оптическое окно 16 при помощи эпоксидного состава, В камере находится смесь гелия-3 и гелия-4, которая расслаивается при температуре ниже 0,86 К, образуя нижнюю фазу 17 и верхнюю фазу 18. В камере 2 раство45

Гелий-3 вводится в рефрижератор через капилляр 11 (фиг.1) конденсируется, охлаждается, проходя камеру 4 рения ниже предполагаемого уровня сверхтекучей смеси гелия-3 и гелия-4 установлен держатель 19 образца 20 в виде кристаллической или аморфной пластинки, установленной под некоторым малым углом к горизонтальной оси рефрижератора, чтобы отраженный от образца 20 световой поток .не попадал

10 в приемник излучения. Температура образца, которая равна температуре смеси, измеряется угольным термометром 21. Провода термометра 21 проводятся в камеру 2 растворения через

15 тонкостенный токоввод 22. Зеркало 23, расположенное над образцом 20, предназначено для отражения луча источника 24 света., направляемого в приемник

25 излучения. Зеркала 26 предназначе20 ны для ввода луча в оптический тракт и вывода луча из оптического тракта в приемник 25 излучения ° Ширина пучка лучей ограничена окном 27 на внешнем кожухе рефрижератора.

25 Тракт для подвода оптического излучения содержит оптические окна, расположенные на вертикальных или горизонтальных стенках рефрижератора растворения, на одной оси с осью дерЗО жателя образца: на дне камеры 2 растворения, на экране 5, на вакуумной камере 1, на гелиевом сосуде 6, на азотном экране 7, на внешнем кожухе

9. Окна выполнена из материала, погЗ5 лощающего инфракрасное излучение (ИК). Апертура окон оптического тракта менее 11, телесный угол ИК теплового излучения 2 10 ср, что сводит паразитный поток светового излу40 чения до величины, которая не вызывает повышения температуры образца, по-15 ток coñòàâëÿåò 10 Вт. г

Устройство работает следующим образом.

88

Изобретение позволяет расширить диапазон исследования эа счет воэможности охлаждения образца до сверхнизких температур, так как образец помещается непосредственно в сверхтекучую фазу расслоенной смеси гелия-3 — гелия-4, а нагрев образца тепловым ИК излучением исключается, поскольку в оптическом тракте фильтруется ИК излучение.

Формула изобретения

1.- Устройство для оптических исследований образцов при сверхнизких температурах, содержащее рефрижератор растворения гелия †в гелии-4 с камерой растворения и держателем образца, тракт для подвода оптического излучения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона исследований, держатель образца установлен в камере растворения ниже предполагаемого уровня сверхтекучей смеси гелия-3 — гелия-4, а тракт для подвода оптического излучения содержит окна, расположенные на,стенках рефрижератора на одной оси с осью держателя образца и выполненные из материала, поглощающего инфракрасное

0 излучение, апертура которых менее 11 для ограничения паразитного светового потока.

2, Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что окна тракта для подвода оптического излучения расположены на вертикальной оси рефрижератора, при этом в камере растворения последнего над держателем образца ниже предполагаемого уровня сверхтекучей смеси гелия-3 — гелия-4 установлено зеркало.

3, Устройство по п.2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что указанные окна расположены на горизонтальной оси рефрижератора, 3 13357 испарения и низкотемпературный теплообменник 3, входит в камеру 2 растворения, переходит иэ верхней концентрированной фазы 18 (фиг.2) в нижнюю разбавленную фазу 17, на обратном пути опять проходит низкотемпературный теплообменник 3 и входит в камеру 4 испарения. Поскольку в камере испарения при 0,7 К упругость паров гелия-3 в 1000 раз больше упругости паров гелия-4, то по трубе 10 откачивается при помощи системы насосов почти чистый гелий-3. Скорость циркуляции гелия-3 до 1,4 10 4 моль с .

Образец 20 (фиг,2) помещается в нижнюю сверхтекучую фазу 17 расслоенной смеси гелия-3 и гелия-4, что обеспечивает наилучшее охлаждение, так как образец окружен со всех сторон сверхтекучей жидкостью и конвективный теплообмен максимальный.

Оптическое излучение вводится в устройство через оптический тракт.

Световое излучение источника 24, нап- 25 ример лазера, вводится при помощи правого зеркала 26 в рефрижератор через вертикальный оптический тракт, включающий окно 27 ф 25 мм на внешнем кожухе при 293 К, окна 28 у 20 мм на азотном экране при 80 К, окна 29 10 — 15 мм на гелиевом сосуде при

1,4 К, окна 30 ф 5 — 10 мм на вакуумной камере при 1,4 К, окна 31 ф 5

10 мм на экране камеры испарения при

0,7 К и окна 16 Р 5 — 10 мм на камере

2 растворения при 50 мК. Зеркало 23, расположенное над образцом 20, и левое зеркало 26 направляют световое излучение на приемник 25. Окна 16, 31,30,29,28, имеют толщину 1 мм, окно 27 — толщину 3 мм. Окно 28 может быть толщиной 1 мм, так как азотный экран не является вакуумоплотным и окно на нем не испытывает механичес45 . ких напряжений из-за разности давлений по обе стороны окна.

1335788

1335788

Составитель И,Шабалина

Редактор О.Юрковецкая Техред М,Дидык Корректор А.Зимокосов

Заказ 4037/33 Тираж 475 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производсгвенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4