Криостат для исследования сверхпроводящих материалов

 

Использование: относится к криогенной технике, к криостатам для исследования сверхпроводящих материалов в среде сжиженного газа в условиях воздействия внешнего магнитного поля. Сущность изобретения: в теплоизолированном корпусе размещен сосуд для жидкого криоагента со сквозным каналом в крышке. Вдоль оси канала установлена с возможностью перемещения штанга, в полости которой на участке, расположенном внутри сосуда для криоагента, образована камера для образца , а в стенке штанги выполнены радиальные отверстия для введения образца. Для смены образца штангу частично выводят из криостата. При этом посредством вакуумного насоса производят откачку гелия из камеры , а после установки нового образца откачку воздуха из камеры, что исключает загрязнение гелия в сосуде с примесями воздуха. 1 ил. СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (si)s F 25 D 3/10, F 17 С 3/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4803766/13 (22) 30.01.90 (46) 23.05,92. Бюл,¹19 (71) Балашихинское научно-производственное объединение криогенного машиностроения им 40-летия Октября (72) А;Г.Алексеев, А.В,Андреев, А.Ф.Дробченко, Ю.И.Духанин и И,М.Морковкин (53) 621.565 (088.8) (56) Патент США

N 4212169, кл, F 17 С 7/02, 1980, Авторское свидетельство СССР

¹ 335508, кл, F 25 B 5/00, 1970, (54) КРИОСТАТ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: относится к криогенной технике, к криостатам для исследования сверхпроводящих материалов в среде сжиИзобретение относится к криогенной технике, в частности к криостатам для исследования сверхпроводящих материалов в среде сжиженного газа в условиях воздействия внешнего магнитного поля, когда помимо низкой температуры на возникновение явления сверхпроводимости и на электрические характеристики исследуемого материала существенное влияние оказывает величина напряженности и ориентации внешнего магнитного поля, Известен криостат, содержащий внутри отвакуумированного корпуса центральный сосуд со сверхпроводящим соленоидом и жидким криоагентом, сосуд с другим криоагентом, снабженный радиационным экраном, охватывающим центральный сосуд, центральный канал для размещения исследуемых образцов, соосный соленоиду и открытый наружу, причем канал внутри криженного газа в условиях воздействия внешнего магнитного поля. Сущность изобретения: в теплоизолированном корпусе размещен сосуд для жидкого криоагента со сквозным каналом в крышке. Вдоль оси канала установлена с возможностью перемещения штанга, в полости которой на участке, расположенном внутри сосуда для криоагента, образована камера для образца, а в стенке штанги выполнены радиальные отверстия для введения образца. Для смены образца штангу частично выводят из криостата, При этом посредством вакуумного насоса производят откачку гелия из камеры, а после установки нового образца откачку воздуха из камеры, что исключает загрязнение гелия в сосуде с примесями воздуха, 1 ил, остата окружен теплопроводными радиальными экранами, контактирующими с сосудами.

В предлагаемом криостате исследование образцов осуществляется внутри центрального канала при воздействии внешнего магнитного поля, создаваемого соленоидом. Однако охлаждение и криостатирование образца, а следовательно, и получение сверхпроводящего состояния, невозможно без размещения его в дополнительном индивидуальном криостате, поскольку центральный канал открыт наружу. Известен криостат для исследования сверхпроводящих материалов, содержащий теплоизолированный корпус, размещенный в нем сосуд для жидкого криоагента, в крышке которого выполнен сквозной канал, камеру для образца, взаимосвязанную со штангой, расположенной с возможностью перемещения

1735682

25

50

55 вдоль оси, Этот криостат является наиболее близким к предлагаемому.

В криостате-прототипе возможны точная регулировка положения и фиксация образца при проведении эксперимента, однако при замене образца необходимо выполнение ряда операций, включающих демонтаж внутреннего стакана и камеры с образцом, последующую их сборку, герметизацию соединений, вакуумную откачку теплоизоляционных полостей криостата, охлаждение камеры, образца, радиационных экранов, подвески и юстировочного механизма до рабочих температур. Таким образом, многочисленные и сложные операции при замене образцов увеличивают продолжительность подготовительных операций и приводят к дополнительным потерям ожиженного криоагента от испарения.

Цель изобретения — сокращение потерь криоагента при смене образца.

На чертеже представлена технологическая схема криостата.

Криостат для исследования сверхпро- водящих материалов содержит теплоизолиpoBBHHblA корпус 1, внутри которого размещен сосуд 2 для жидкого криоагента с крышкой 3, в которой выполнен сквозной канал 4, камеру 5 для размещения исследуемого образца 6, взаимосвязанную со штангой 7 таким образом, что камера 5 образована в полости штанги 7 на участке ее, расположенном внутри сосуда 2 для криоагента. Причем высота камеры 5 не превышает длину канала 4. Штанга 7 выполнена в виде стержня, поперечное сечение которого соответствует поперечному сечению канала

4, с возможностью перемещения вдоль его оси, и имеет радиальные отверстия 8 для введения в камеру 5 образца 6. Штанга 7 выполнена из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например фторопласта, Криостат имеет устройство 9 для откачки газа /например, вакуумный насос/, сообщенное трубопроводом 10 с полостью канала 4, Дополнительно криостат снабжен трубопроводом 11 подачи жидкого криоа. гента в сосуд 2, трубопроводом 12 для выведения паров криоагента, обмоткой 13 сверхпроводящего магнита, обеспечивающей возможность испытания образца 6 в магнитном поле при низких температурах и диагностическими проводами 14 от исследуемого образца 6 сверхпроводящего материала, выведенными наружучерез штангу7, Точное регулирование положения исследуемого образца 6 внутри сосуда 2 в неоднородном по величине напряженности, магнитном поле обмотки 13 обеспечивается за счет подвижности штанги 7 и ее соосности каналу 4 и достигается известными конструктивными способами, например, при применении резьбового соединения штаги

7 и канала 4, Радиальное отверстие 8 позволяет вводить исследуемый образец 6 в камеру 5 и организовать его эффективное охлаждение при непосредственном контакте с криожидкостью в сосуде 2.

В рабочей полости сосуда 2 канал снабжен насадком 15, который установлен соосно каналу 4 и повторяет его сечение, Предлагаемый криостат для исследования сверхпроводящих материалов работает следующим образом, Предварительно осуществляют установку исследуемого образца

6, для чего штангу 7 частично выводят из канала 4 криостата таким образом, чтобы иметь доступ к камере 5 через радиальные отверстия 8, где размещают образец 6 и соединяют его с диагностическими проводами 14. Затем штангу 7 с образцом 6 опускают в криостат, фиксируют ее положение и откачивают сосуд 2 с целью смены газовой среды через трубопровод 12 сторонними средствами. После откачки воздуха из сосуда 2 осуществляют его охлаждение и заполнение криожидкостью, например жидким гелием, Для этого жидкий гелий подают в сосуд 2 по трубопроводу 11, а отходящие пары гелия выводят из криостата через трубопровод 12, При достижении номинального уровня жидкого. гелия в сосуде 2 и заведении тока в обмотку 13 сверхпроводящего магнита проводят исследования сверхпроводящего образца 6 /токовые вводы обмотки 13 условно показаны/. Для смены образца 6 штангу 7 частично выводят из криостата. При этом откачивают пар гелия из камеры 5 через трубопровод 10 с помощью откачивающего устройства 9, например вакуумного насоса, После смены образца 6 при опускании штанги 7 камеру 5 вновь откачивают для удаления воздуха с использованием устройства 9 и трубопровода 10, что исключает загрязнение гелия в сосуде 2 примесями воздуха. При дальнейшем опускании штанги 7 жидкий гелий из сосуда 2 попадает в камеру 5 через радиальное отверстие 8 и образец 6 охлаждается до рабочей температуры, Изменением положения штанги 7 относительно обмотки 13 обеспечивают размещение исследуемого образца 6 в области требуемой напряженности магнитного поля, а затем проводят измерение его характеристик.

Выполнение штанги из материала с низким коэффициентом теплопроводности и в виде стержня с поперечным сечением, повторяющим сечение канала, позволяет уменьшить теплоприток из окружающей

1735682

Составитель И. Шабалина

Техред М.Моргентал Корректор Н, Ревская

Редактор Н. Козлова

Заказ 1808 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 среды к жидкому криоагенту, а также практически исключить протечки криоагента по каналу из сосуда в окружающую среду за счет того, что высота камеры не превышает длину канала. Соединение канала трубопро- 5 водом с откачивающим устройством позволяет при выведении штанги из криостата удалить криоагент из камеры в сторонний резервуар и исключить его потери в окружающую среду, а при введении штанги в кри- 10 остат исключить попадание воздуха из камеры в сосуд.

Использование предлагаемого криостата позволяет проводить исследования с одним или несколькими образцами 15 сверхпроводящих материалов и при этом сократить потери криоагента при смене образцов, за счет сокращения продолжительности промежуточных операций.

Формула изобретения 20

1. Криостат для исследования сверхпроводящих материалов, содержащий теплоизолированный корпус, размещенный в нем сосуд для жидкого криоагента, в крышке которого выполнен сквозной канал, камеру для образца, взаимосвязанную со штангой, расположенной с возможностью перемещения вдоль оси канала, отличающийся тем, что, с целью сокращения потерь криоагента при смене образца, штанга выполнена в виде стержня из материала с низким коэффициентом теплопроводности, поперечное сечение которого соответствует поперечному сечению канала, при этом камера образована в полости штанги на ее участке, расположенном внутри сосуда для криоагента, а в стенке штанги в этой зоне выполнены радиальные отверстия для введения образца, причем высота камеры не превышает длину канала.

2, Криостат по п.1, отл и ч а ю щи и с я тем, что снабжен устройством для откачки газа, сообщенным посредством трубопровода с полостью канала,