Криостат

КРИОСТАТ для получения сверхтекучего гелия, содержащий теплоизолированную емкость, размещенные в ней перегородку и криостатируемое устройство и источник холода с теплообменником, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения эффективности и надежности работы, перегородка выполнена из свободно плавающего мелкодисперсного порошка из материала с плотностью выше плотности нормального гелия, но ниже плотности сверхтекучего гелия, например из пенополистирола, пенопласта, пенополиуретана.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для охлаждения устройств различного назначения, в частности сверхпроводящих обмоток, резонаторов, а также для криостатирования на уровне сверхнизких температур различного рода физических устройств: оптических, электронных и других.
Цель изобретения упрощение конструкции и повышение эффективности и надежности работы криостата.
На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.
Криостат содержит теплоизолированную емкость 1, в которой находится жидкий гелий под давлением, плавающую перегородку 2 из мелкодисперсного порошка, разделяющую ванны с нормальным гелием (гелием I) и сверхтекучим гелием (гелием II), криостатируемое устройство 3, расположенное в нижней части емкости, и теплообменник 4, соединенный с источником 5 холода. Порошок имеет плотность выше плотности нормального гелия, но ниже плотности сверхтекучего гелия.
Устройство работает следующим образом. Жидкий гелий через переливное устройство заполняет емкость 1, на дне которой находится мелкодисперсный порошок, плотность которого выше плотности гелия I. После заполнения емкости 1 жидким гелием включается источник 5 холода, с помощью которого через теплообменник 4 начинается охлаждение жидкости в нижней части криостата. По достижении жидкостью в нижней части криостата температуры -точки мелкодисперсный порошок всплывает над более плотной массой гелия II и является плавающей перегородкой 2 между зоной с Не II и Не I. По мере дальнейшего понижения температуры массы сверхтекучего гелия, охлаждаемого устройства 3 и самой перегородки 2, проницаемой для сверхтекучего гелия, указанная перегородка будет постепенно подниматься до определенного уровня, зависящего от холодопроизводительности источника 5, тепловыделений от криостатируемого устрйоства и теплопотерь через стенки криостата и по его конструктивным элементам.
Предложенный криостат с плавающей перегородкой из мелкодисперсного порошка лишен недостатков, которые имеет криостат с монолитной перегородкой.
В предложенном криостате отпадают сложности, связанные с конструированием перегородки и конструктивным креплением ее внутри криостата.
Не возникают сложности с исключением неконтролируемых зазоров между конструктивными элементами криостата (между перегородкой и обечайкой криостата, между перегородкой и элементами, проходящими из ванны с гелием 1 в ванну с гелием II, такими как подвески, вводя и выводы проводов).
Отпадает необходимость в предохранительной пробке на разделительной перегородке, так как внезапные тепловыделения от захолаживаемого объекта (сверхпроводящего магнита, резонатора и т.д.) приводят к интенсивному парообразованию в ванне с Не II и автоматическому разрушению перегородки.
Подбором пористости и толщины пористой перегородки можно добиться определенной ее проницаемости, в связи с чем отпадает необходимость в конструировании механизма регулирования проходного сечения сверхтекучей щели между ваннами.
Кроме того, пористая перегородка из мелкодисперсного порошка с низким удельным весом обладает меньшей массой, теплоемкостью и теплопроводностью по сравнению с применяемыми в настоящее время конструктивными материалами для перегородок (текстолит, фторопласт, эпоксидные смолы и т.д.), что способствует снижению холодопотерь на захолаживание конструкции перегородки и теплопроводность через перегородку.
Наряду с этим через пористую перегородку можно беспрепятственно вводить все необходимые в процессе работы охлаждаемого устройства вводы и выводы (к охлаждаемой конструкции, теплообменнику и другим элементам), причем указанные вводы и выводы не требуют их специального уплотнения, так как мелкодисперсные частицы плотно охватывают их и не допускают прямого контакта жидкостей между ваннами.
Таким образом, эффективность предложенного криостата заключается в том, что снижается стоимость криостата, упрощается его конструктивное исполнение, увеличивается вероятность безаварийной его работы, а также упрощается регулирование температуры сверхтекучего гелия.
Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для криостатирования устройств при температурах ниже точки и атмосферном давлении. Цель изобретения упрощение конструкции, повышение эффективности и надежности работы. Криостат содержит перегородку, выполненную из свободно плавающего мелкодисперсного порошка, плотность которого выше плотности нормального гелия, но ниже плотности сверхтекучего гелия. Материалом порошка может быть пеноплатс, пенополиуретан и др. По достижении в процессе охлаждения гелием l точки порошок всплывает над более плотной массой сверхтекучего гелия и разделяет криостат на две ванны, т.е. упрощается конструктивное исполнение, увеличивется надежность и упрощается регулирование температуры сверхтекучего гелия. 1 ил.