Установка для получения сверхнизких температур

1 ц 330785 ОП ИСАЙИ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл."Г 25 В 27/О Г 253 1/02 Государственный комитет ссср оо делам изобретений, Д. Швец, В, П. Бабии и В. Н. Лукашев ческий институт низки АН Украинской ССР(54) УСТ КА ДЛ ЕМ(45) Дата опубликования Изобретение относится к криогенной технике, в частности к конструированию установок для получения температур до нескольких сотых градуса Кельвина.Известна установка для получения сверхнизких температур, содержащая систему подачи смеси гелияи гелияи криостат с криогенной жидкостью, в котором находится азотная ванна, первая гелиевая ванна (с температурой кипения 4,2 К), вторая 10 гелиевая ванна (с температурой кипения 1,0 - 1,2 К) и внутри которого размещены камеры испарения и смешения, соединенные с системой откачки и возврата паров гелия-З, в которую входят бустерный на сос, диффузионный насос и механический форвакуумный насос.Наличие столь сложной и громоздкой системы откачки паров гелиявлечет за собой трудность эксплуатации, длитель- о ность пускового периода, значительные затраты энергии, ненадежность работы и необходимость использования значительных количеств гелия-З.С целью повышения эффективности и 25 увеличения надежности и экономичности установки, а также уменьшения времени запуска и количества используемого гелияв предложенной установке система откачки и возврата паров гелиявыпол- зо ЧЕНИЯ СВЕРХНИЗКИТУР цена в виде це менее чем двух попеременно работающих в режиме откачки ц в режиме возврата паров адсорбционцых насосов, причем насосы снабжены нагревателямц и окружены вакуумными рубашками, соединенными с трубками, внутри которых расположены передвигающиеся цз холодной зоны в теплую и наоборот малые адсорбциоцные насосы. Кроме того, в крцостате размещен дополнительный адсорбционцый насос для откачки паров криогенной жидкости,На чертеже показана принципиальная схема предложенной установки.Внутри криостата 1 установки расположены азотная 2, гелцевая первая 3 ц гелиевая вторая 4 ванны, камера 5 испарения, теплообменник 6 ц камера 7 смешения.Во второй гелцевой ванне 4 находятся дроссели 8 и 9, а в первой - адсорбционцый насос 10 и окруженные вакуумными рубашками 11 и 12 адсорбциоцные насосы 13 и 14, вокруг которых цавиты нагреватели 15 и 16. Вакуумные рубашки заполнены теплообменным газом и соединены с трубками 17 и 18, внутри которых могут передвигаться вверх ц вниз (из холодной зоны в теплую ц наоборот) адсорбццонцые насосы 19 и 20. Адсорбциоццые насосы 13 ц 14 соединены с камерой испарения через3Вентили 21 и 22, а с камерой смсшсния - перез дроссели ц Гсниообмецник, 11 срв;)я вторая гелцсвыс Ва)шы сообщаются между собой посредством вентиля 23, а адсорбционный насос 10 соединен с второй гелиевой 5 ванной через вентиль 24.Установка работает следующим образом.Камеру испарения посредством трубопровода соединяют с системой хранения смеси гелийи гелий(трубопровод и бал лон со смесью на чертеже не показаны) при закрытых вентилях 21, 22 и 24 и открытом вентиле 23, прн опущенных в нижнюю часть трубок 17 и 18 малогабаритных адсорбцнонных насосах 19 и 20. В азотную 1 з ванну заливают жидкий азот, а В первую гелиевую Ванну - жидкий гели 1, ко)ор)Й через вентиль 23 заполняет и Вторую гелиевую ванну.Г 1 тобы смесь гелияи гелия, н 1 ступ 1- з) )ощая нз системы хранения в камеру испарения, а через теплообменник и в камеру смешения, не откачивалась через тснлоооменннк и лроссели адсорбцноннымн насосами 13 и 14, включают нагреватели 15 и 16 (в вакуумных рубашках прн этом хороший вакуум, поскольку теплообменный газ адсорбирован находяшимися в нижних холодных частях трубок 17 и 18 адсорбцнонными насосами 19 и 20). Затем вентиль 23 зп закрывают и открывают Вентиль 24. 15 лагодаря адсорбции паров адсорбционным насосом 10 температура жидкого гелия во второй гелиевой ванне становится ниже 1 К. 11 ри этой температуре смесь гелияз;, и гелияконденсируется и заполняет камеру смешения, тенлообменннк и камеру испарения, после чего систему хранения смеси гелийи гелийотсоединяют, затем выключают нагреватели 15 и 16, на- .1 В сосы 19 и 20 поднимают в верхнюю (теплую) часть трубок 17 и 18, н десорбцруемый из насосов 19 и 20 тенлообменный газ заполняет вакуумные рубашки, благодаря чему адсорбционные насосы 13 и 14 охлажда)отся до низкой температуры. При этом из-за большого сопротивления дросселей ц соединяющего их с насосами 13 и 14 трубопровода практически не происходит откачки смеси гелияи гелия. Откачка паров над раствором изотопов гелия нз камеры испарения адсорбционным насосом 13 (открывают вентиль 21) приводит к нонцжению температуры раствгра ц его расслоению. Дальнейшую откачку паров на,) расслоившнмся раствором изотопов гел)гя (уже практически чистого гелия) производят адсорбцнонпым насосом 14, для чего закрывают вентиль 21 н открывают Вентиль 22, В это время малогабар)ггный ад)ц сорбционный насос 19 опускают в нижню)о, х)лодцу)о часть трубки 17, Где Он адсорбцрует теплообмепный газ, создавая высокий вакуум в вакуумной рубашке 11, и включают нагреватель 15. Десорбнруемый прн этом из насоса 13 гелий конденсируется в дросселе 8 ц через теплообмеццик поступает в камеру смешения. После насыщения адсорбента насоса 14 гелиеми десорбацпи гелия из насоса 13 закрывают вентиль 22, выключают нагреватель 15, насос 19 поднимают в верхнюю теплую часть трубки 17, заполняя вакуумную рубашку 11 теплообменным газом; насос 20 опускают в нижнюю холодную часть трубки 18, что сопровождается созданием Высокого Вак, ма В Вакгумной р) Оашке 12, Вкл 101 а 10 т нагреватель 16 ц открывают вентиль 21. Теперь вновь адсорбцня паров гелияпроизводится насосом 13, а на растворение В камеру смешения иода)от гелий-З, десорбнруемый из насосов 14 и т. д. Благодаря растворению гелияц переходу его через границу разделения фаз температура В камере смешения понижается.Количество гелия-З, циркулирующее в системе, а следовательно, холодопроизводнтельность установки регулируют находящимися В камере испарения нагревателями.Система откачки паров гелияможет быть размещена ц В Отдельно стоящем сосуде Дьюара.Фор мула изобретения1. Установка для получения сверхнизких температур, содержащая систему подачи смеси гелияи гелияи криостат с криогенной жидкостью, внутри которого размещены камера испарения и камера смешения, соединенные с системой откачки и возврата паров гелия-З, о т л и ч а ю щ аяся тем, что, с целью повышения эффективности н увеличения надежности установки, система откачки и возврата паров гелиявыполнена в виде не менее чем двух попеременно работающих в режиме откачки и в рекиме возврата паров адсорбционных насосов.2. Установка по п. 1, Отлич а ющаяся тем, что адсорбциоцные насосы снабжены нагревателямц ц окружены вакуумными рубашками, соединенными с трубками, внутри которых расположены передвигающиеся нз холодной зоны в теплую ц наоборот малые адсорбциоццые насосы,3, Установка по пп, 1 и 2, отличаю)ц а я с я тем, что в криостате размещен дополнительный адсорбццонный насос для Откачки паров криогенной жидкости,ор Н. Аристова Техред И. Пенчко Корректор Н. федороваЗаказ 800/10 Изд.164 Тираж 542 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Рауинская иаб., л. 4,5Типография, пр. Сапунова