Криостат для оптических исследований

 

(54) КРИОСТАТ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изобретение относится к криоста,там для оптических исследований, применяемь1м, например, в физическом эксперименте.

Известен криостат, содержащий сосуд Дьюара с жидким криоагентом, дер" жатель исследуемого образца 313.

Образец находится вне жидкости и охлаждается ее парами.

Известен также криостат, содержащий сосуд Дьюара с жидким криоагентом и держатель образца, в котором оМ" лаждение образца осуществляют за счет теплопроводности держателя, выполненного в виде стержня, соприкасающегося с жидкостью f„2).

Нахождение образца вне жидкого криоагента позволяет избежать рас" сеяния излучения на флуктуациях плртности жидкости и газовых пузырях, обусловленных непрерывным ее кипением.

Недостатками криостатов являются неопределенность температуры обраэ2 ца и сложность конструкции, требующей герметизации или даже откачки сосуда Дьюара во избежание конденсации на образце газов иэ атмосферы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является криостат, содержащий сосуд Дьюара с жидким криоагентом, закрытый герметичной крыакой и расположенный в сосуде держатель образца. Внутренний объем

59 сосуда через трубопровод сообщается с всасывающим патрубком насоса 3), Конструкция позволяет избежать кипения жидкого, газа в сосуде Дьюара посредством периодической откачки его паров.

Недостатками являются сложность (необходимость герметичной крыаки, насоса, трубопровода), невозможность продолжительного оптического эксперимента беэ появления в жидком газе пузырей, непостоянство температуры образца, опасность при интенсивной

916881 откачке перевода жидкого криоагента в твердое агрегатное состояние.

Недостатком указанного криостата является низкое качество исследования, вызванное попаданием в поток падающего на образец или рассеянного образцом излучения газовых пузырей, обусловленных кипением жидкого криоагента.

Цель изобретения - повышение ка- 10 чества исследования путем предотвращения попадания газовых пузырей в поток излучения.

Эта цель. достигается тем, что в криостате, содержащем сосуд Дьюара 15 с жидким криоагентом и теплопроводящий стержень-держатель исследуемого образца, расположенный в сосуде, в котором держатель снабжен теплооб менной поверхностью и экраном, разме- 20 щенными соответственно над и под образцом, имеет слой теплоизоляции, расположенный между образцом и теплообменной поверхностью, и между экраном и внутреннеи стенкой сосуда рас25 положен слой из теплопроводящей пасты.

На чертеже изображен криостат для оптических исследований, разрез.

Криостат содержит сосуд Дьюара 1, стержень-держатель 2 образца с теплообменной поверхностью 3 и экраном 4 и сам образец 5. Слой теплоизоляции

6 расположен между образцом и теплообменной поверхностью 3. Теплопрово- зз дящая паста 7 расположена. между экраном 4 и внутренней стенкой сосуда 1.

Криостат работает следующим образом.

В наполненном жидким криоагентом 4о сосуде Дьюара 1 устанавливается распределение температуры в соответствии с внешним (например, атмосферным) давлением и расстоянием до поверхности жидкости. При этом равновесная 4s температура вблизи поверхности меньше, чем вблизи дна .сосуда, где расположен образец 5. Поскольку разные части стержня-держателя 2 расположены в слоях жидкости с разной темпера- so турой, существует непрерывный тепловой поток от экрана 4 и образца 5 к теплообменной поверхности 3 (радиатору). Он приводит к охлаждению жидкости -вблизи образца 5 и экрана 4, исключающему возможность ее кипения, а также к усилению кипения вблизи теплообменной поверхности 3. Посколь4 ку форма экрана 4 выбирается исходя иэ геометрии опыта (направлений падающего на образец и рассеянного образцом излучения), жидкость в потоке излучения не кипит. Экран 4 также не допускает попадания в луч газовых пузырей, образовавшихся ниже, например, на дне сосуда 1. Отбор тепла в местах примыкания экрана 4 к внутренней поверхности сосуда Дьюара 1 через теплопроводящую пасту 7 предотвращает обычно интенсивное кипение в местах контакта двух материалов. Охлаждение образца 5 до температуры, меньшей температуры кипения криогенной жидкости на данной глубине ввиду хорошего теплового контакта со стержнемдержателем 2, позволяет работать с большими интенсивностями излучения.

Согласно уравнению Клапейрона-. Клаузиуса при малых относительных изменениях равновесной температуры последняя линейно зависит от давления.

Используя табличные данные по давле. нию насыщающих паров, можно определить угловой коэффициент этой зави-. симости, который, например, для азота составляет 10 К/Па, При расстоянии от теплообменной поверхности до образца 0,6 м перепад температур между ней и экраном (а также образцом) составит 0,5 К.

Таким образом, предлагаемый криостат позволяет повысить качество исследования путем предотвращения попадания газовых пузырей в поток излучения.

Формула изобретения

Криостат для оптических исследований, содержащий сосуд Дьюара с жидким криоагентом, теплопроводящий стержень-держатель исследуемого об-. разца, расположенный в сосуде, о т-— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества исследования путем предотвращения попадания газовых пузырей в поток излучения, держатель снабжен теплообменной поверхностью и экраном, размещенными соответственно над и под образцом, имеет слой теплоизоляции, расположенный между образцом и теплообменой поверхностью, и между экраном и внутренней стенкой сосуда расположен слой иэ теплопроводящей пасты.

916881

Составитель Г, Катенев

Редактор Е, Папп, Техред С. Мигунова Корректор М. Коста

Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 1845/53

Фи.",иал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фастовский В.Г. и др. Криогенная техника. М., "Энергия", 1974, с. 432.

2. Уайт Г.К. Экспериментальная техника в физике низких температур.

М., Физматгиз, 1961, с. 175.

3. Роуз-Инс А. Техника низкотемпературного эксперимента. И., нМир", 1966.