Криогенная петля

 

КРИОГЕННАЯ ПЕТЛЯ, содержащая выполненный в .виде трубы канал-криостат и гелиевый криостат, расположенные в общем кожухе, и систему циркуляции крионосйтеля, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции пет-ли, повышения надежности и безопасности ее эксплуатации, в нее дополнительно введены второй гелиевый криостат и разборный шток, перемещающий через сальниковый уплотнитель внутри второго гелиевого криостаТа, на конце последней секции которого закреплен образец, канал-криостат'.^ заглушен с нижнего конца, причем первый гелиевый криостат расположен в верхней части петли, а внутри него размещен сверхпроводящий соленоид, в центре которого расположена нижняя часть второго гелиевого криостата, на которой укреплен электронагреватель.с !б

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 695460

А1 (51)4 Н 01 1. 39/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2559045/ 18-25 (22) 21.12.77 (46) 15.04.89. Бюл. ¹ 14 (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики AH Грузинской

CCP (72),Л.С.Топчян, И.И.Бузукашвили, Г.Д.Киасашвили и А.М.Уваров (53) 621.326(088.8) (54)(57) КРИОГЕННАЯ ПЕТЛЯ, содержащая выполненный в,виде трубы канал-криостат и гелиевый криостат, расположенные в общем кожухе, и систему циркуляции крионосителя, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции пет-

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к низкотемпературным петлям для исследований в области радиационной физики твердого тела и радиационного материаловедения, В настоящее время во многих странах мира (США, Англия, Франция, ФРГ и т.д.) на ядерных реакторах созданы и усиленно эксплуатируются низкотемпературные петли, предназначенные для исследования физико-механи- ческих свойств твердых тел в условиях реакторного излучения и низких температур. Наиболее совершенной криогенной петлей среди действующих является петля, соединенная в ФРГ на мюнхенском реакторе, которая позволяет производить низкотемпературное облучение образцов в интенсивных потоках нейтронов и транспортили, повышения надежности и безопасности ее эксплуатации, в нее дополнительно введены второй гелиевый криостат и разборный шток, перемещающий через сальниковый уплотнитель внутри второго гелиевого криостата, иа конце последней секции которого . закреплен образец, канал-криостат,. заглушен с нижнего конца, причем первый гелиевый криостат расположен в верхней части петли, а внутри него размещен сверхпроводящий соленоид, в центре которого расположена нижняя часть второго гелиевого криостата, на которой укреплен электронагреватель.

2 ровать облученные образцы при низкой температуре в специальный криостат.

Канал-криостат мюнхенской петли представляет собой концентрически расположенные алюминиевые трубы, заключенные в вакуумный кожух ислужащие для подвода и отвода гелия и перемещения образцов. Для уменьшения тепловыделения от f Hàãðåâà толщина алюминиевых труб"составляет 0,1

0,25 мм. Петля неподвижно соединена с холодильной установкой и все это сделано подвижным во избежание разгерметизации интенсивно облучаемой части канала криостата. Во время облучения канал-криостат размещают у активной. зоны, после облучения же

его вместе с холодильной установкой отводят от активной зоны и располагают в специальном отсеке бассейна реактора. Облучаемый образец тран695460

45 спортируют в верхнюю часть каналакриостата, где его посредством поворотного устройства разворачивают и помещают в измерительный криостат.

Измерительный криостат представляет

5 собой полый цилиндр, размещенный внутри охлаждаемого экрана. Нижняя часть цилиндра соединена с экраном теплопроводящим стержнем. На внешней поверхности цилиндра размещены охлаждающая трубка и электронагреватель.

Однако криогенный комплекс, созданный на мюнхенском реакторе, имеет ряд недостатков.

1. Опасность разрушения канала-. криостата, изготовленного из алюминия, при большой мощности реактора в отсутствии крионосителя приводит к необходимости делать его подвижным в бассейне реактора, что ведет к резкому увеличению площади, занимаемой комплексом в бассейне реактора и на его верхней площадке; к необходимости использования гибких трубопроводов для подачи и отвода газообразного гелия, которые ненадежны в эксплуатации; к необходимости создания дополнитель30 ных электромеханических систем для перемещения канала-криостата и холодильной установки.

2. Возможность попадания воздуха через вращающийся фланец поворотного устройства в циркулирующий крионоситель, что приводит к возникно.вению радиоактивных аэрозолей внутри системы, что в свою очередь создает угрозу взрыва канала криостата.

3. Контакт крионосителя нвпосред- 40 ственно с облучаемым образцом созда-.. ет возможность попадания радиоактивных аэрозолей из образца в циркулирующий газ, что создает опасность радиоактивного загрязнения всего комплекса.

Целый ряд научных и практических задач, кроме осуществления перемещения образцов без отогрева из зоны облучения в испытательное устройство, 50 требуют проведения исследований свойств испытуемых образцов в высоких магнитных полях. Однако действующие конструкции петель не могут позволить проведение подобных исследова- 55 ний.

Цель изобретения — упрощение конструкции петель, повышение надежности и безопасности ее эксплуатации, а также исследование в высоких магнитных полях вплоть до 8 Т и температуры на испытуемых образцах при облучении — 12 К и выше, вне зоны облучения — 4,2 К и выше.

Цель достигается тем, что в предлагаемую конструкцию дополнительно введен второй гелиевый криостат и разборный шток, перемещающийся через сальниковый уплотнитель внутри второго гелиевого криостата, на. конце последней секции которого закреплен образец, а канал-криостат заглушен с нижнего конца, причем первый гелиевый криостат расположен в верхней части петли, а внутри него размещен сверхпроводящий соленоид, в центре которого расположена нижняя часть второго гелиевого криостата, на которой укреплен электронагреватель.

На чертеже изображена схема устройства, поясняющая изобретение.

Криогенная петля содержит кожух

1, внутри которого расположен канал криостат 2, в котором размещен исследуемый образец 3, закрепленный со .всеми измерительными коммуникациями на штоке 4, проходящем в верхней части канала-криостата через сальниковое уплотнение 5. Шток 4 выполнен разборным, состоящим иэ

4-х секций, каждая из которых может быть присоединена (отсоединена) по мере перемещения образца в каналекриостате вниз,(вверх). Выводы проводов, служащих для электрофизических измерений R введения тока в образец, закреплены на верхнем конце нижней секции штока. При размещении образца в зоне исследования выводы проводов расположены за уплотнением 5 и подключены к соответствующим измерительным приборам и устройствам.

Канал-криостат 2 окружен концентрически расположенными трубами 6-8, служащими для подвода и отвода потока крионосителя. Канал-криостат заглушен с нижнего торца и, тем самым, объем его изолирован от потока охлаждающего газа.

В верхней части петли расположец гелиевый криостат 9, в котором размещен сверхпроводящий соленоид 10, Для теплоизоляции гелиевого криостата служит экран 11, охлаждаемый об.

6954 ратным потоком крионосителя, проходящим через змеевик 12. Теплоизоля.ция других холодных поверхностей петли обеспечена высоким вакуумом внутри кожуха петли.

В верхней части канала-криостата размещен малый гелиевый криостат 13, предназначенный для охлаждения образца во время исследования его свойств. Канал-криостат 2 отделен от гелиевого криостата 9. газовым зазором, служащим для регулирования теплообмена между ними. Для регулировки температуры исследуемого образца

15 при размещении его в зоне сверхпроводящего соленоида электронагреватель 14 укреплен на нижней части малого гелиевого криостата 13.

Петля работает следующим образом.

Образец 3, укрепленный на штоке 4, помещают в канал-криостат 2 и перемещают вниз до положения, в котором он будет находиться в поле реакторного излучения. В этом положении образец находится во время всей компании облучения. Охлаждающий газкрионоситель, поступающий в петлю из рефрижератора, омывает практически полностью канал-криостат 2 за

30 исключением его части, расположенной внутри гелиевого криостата 9.

По достижении нижнего торца каналакриостата поток крионосителя разворачивается на .180 и возвращается в рефрижератор. На обратном пути поток крионосителя теплоизолирует прямой поток, и, проходя через змеевик 12, охлаждает экран 11.

Перед завершением облучения производится заполнение гелиевых криостатов 9 и 13 жидким гелием и пуск сверхпроводящего соленоида (при не60

6 обходимости). После окончания облучения образец перемещают из зоны облучения в зону исследования и приводят в тепловой контакт с электронагревателем 14, По мере извлечейия образца из зоны облучения шток 4 разбирают. Концы измерительных и токоподводящих проводов, выходящие из последней секции, присоединяют к соответствующим приборам и устройствам,после чего, вакуумировав предварительно канал-криостат до давления 10 +-10 тор для исключения влияния конвекции газа на температуру образца, производят исследования свойств последнего. Необходимое изменение температуры достигаfoT регулировкой мощности тепла, выделяемого в нагревателе 14, Предлагаемая конструкция криогенной петли более проста в создании и надежна в эксплуатации, не требует систем для ее перемещения и исключает возможность возникновения аэрозолей в циркулирующем крионосителе и угрозу взрыва от проникновения внутрь воздуха. С ее использованием возможно проводить дистанционные измерения различных физикомеханических свойств как в зоне излучения, так и вне ее, не сбрасывая мощности реактора, и тем самым исключается влияние работы петли на эксплуатационный режим реактора.

Впервые введенный в состав петли сверхпроводящий соленоид позволяет изучать критические параметры сверхпроводников, облученных как в нормальном, так и в сверхпроводящем состояниях, а также исследовать поведение радиационных дефектов в сильных магнитных полях.

695460

Редактор Л.Письман Техред H.Èoðãåíòaë

Корректор И.Демчик

Заказ 1924 Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прй ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101