Brevet FR2139624A1 — publié le 19730112

La présente invention concerne un cryostat destiné au refroidissernent d'nua objet de type quelconque. Les cryostats connus comportent généralement une double paroi formant une enceinte sous vide et contiennent un fluide cryogénique,- tel que par exemple l'azote liquide ou l'hélium liquide. Un objet à refroidir, disposé sur un support, est introduit a travers la paroi du cryostat dans l'enceinte sous vide, et maintenu en contact thermique avec le fluide réfrigérant. Lorsque l'on désire sortir l'objet du cryostat, par exemple pour le remplacer par un autre, il est nécessaire de réchauffer préalablement son support afin d'éviter un givrage. les structures de cryostat connues sont telles que les opérations de dégivra Se précitées nécessitent le réchauffage de l'ensemble du cryostat : il en résulte une vaporisation importante du fluide réfrigérant et une consommation excessive de ce fluide. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients et de réaliser un cryostat permettant de remplacer rapidement un objet a refroidir par un autre objet, sans givrage, et sans consommation élevée de fluide réfrigérant. La présente invention est relative à un cryostat destiné au refroidissement d'un objet comportant - une enceinte externe étanche au vide contenant une chambre cryogénique, - un organe de conduction thermique, disposé a l'intérieur de ladite enceinte, dont une premiere extrémité est destinée a supporter ledit objet, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre - des moyens mécaniques, commandables de l'extérieur de ladite enceinte ex terne, pour mettre en contact une seconde extrémité dudit organe de conduc tion thermique avec une partie de ladite chambre cryogénique, - des moyens étanches au vide coopérant avec la paroi interne de ladite encein te externe pour séparer cette enceinte en deux compartiments étanches conte nant respectivement ladite première extrémité et ladite seconde extrémité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante, qui sera faite en regard du dessin annexé donné a titre illustratif mais nullement limitatif et dans lequel les figures la et lb illustrent respectivement en coupe partielle deux positions d'un échantillon à refroidir dans un cryostat selon l'invention. La figure 2 illustre une variante d'un détail du cryostat représenté en la. Des éléments analogues sont indiqués sur les figures par des références identiques. Le cryostat illustré par la figure la comporte une enceinte externe étanche 1 et une chambre cryogénique 2 intérieure a 1 'enceinte 1 ; le volume 3 compris entre l'enceinte 1 et la chambre 2 est ferme et mis sous vide tres poussé. La chambre cryogénique 4, dont la partie supérieure peut hêtre ouverte ou fermée, est remplie au moins partiellement par un élément réfrigérant 7, solide, liquide ou gazeux, par exemple de l'hélium liquide. Un organe de conduction thermique 4, disposé à l'intérieur de l'enceinte 1, présente une première extrémité 6 dont la fonction est de supporter un objet 5 de type quelconque ; l'organe 4 peut être un organe de conduction solide ou un réservoir de liquide ou de gaz. Ce dernier est logé dans un appendice 20 présenté par l'enceinte externe 1 ; cet appendice est démontable et peut être séparé du reste de enceinte aux niveaux indiqués schématiquement en 17 et 18 sur la figure. Il peut presenter des fenêtres 14, 15, 16 disposées en regard de ltéchantillon S, 5, transparentes par exemple à un rayonnement émis ou reçu par cet échantillon. L'organe de conduction 4 est entouré par une bague 8 en matériau isolant thermiquement, muni d'une gorge 9 où est inséré un joint 10 étanche au vide, susceptible de coopérer avec la paroi intérieure de l'enceinte 1, pour séparer le volume 3 en deux compartiments isoiés et étanches. La bague 8 présente de préférence une faible zone de contact avec l'or- gane 4. Le joint 10, par exemple de forme torique, est avantageusement à la température de l'enceinte 1. Le compartiment limité par l'appendice 20, la bague 8 et le joint 10 est relié à des moyens 21 permettant de faire varier la pression d'air dans ce compartiment, de la pression atmosphérique à un vide très poussé. L'organe de conduction 4 est associé à des moyens mécaniques commandable del'extérieur du cryostat et permettant de mettre en contact thermique l'extrémité 12 avec l'élément réfrigérant 7, par l'intermédiaire de la paroi de la chambre cryogénique 2. Ces moyens mécaniques commandables peuvent comporter une tige 30 dont une première extrémité est libre en rotation dans une pièce 31 fixée à la bague 8, et dont une deuxième extrémité filetée 32 débouche à l'extérieur du cryostat et coopère avec une piece 33 fixée à l'enceinte externe 1 de manière à assurer l'étanchéité de la traversée. La tige 30 peut être en un matériau métallique ou en verre stratifié, ou analogue. Une couronne 35 est fixée à la bague 8 pour assurer le guidage de l'organe 4 au cours de son mouvement ; cette couronne peut être remplacée par tout autre moyen de guidage approprié. Lorsque l'extrémité 12 de l'organe de conduction thermique 4 est en contact avec la chambre cryogénique 2, le compartiment contenant ltextremite 6 de cet organe peut être effectivement isolé du reste du cryostat (voir figure la), ou comsuniquer avec lui (voir figure 2). Par contre, lorsque ltextrémité 12 de organe de conduction thermique 4 est séparée de la chambre cryogénique 2, le compartiment contenant l'extrémité 6 de cet organe est obligatoirement isolé du reste du cryostat. (voir figure 2). Un écran thermique comportant par exemple deux parties séparables 22 et 23 est avantageusement interposé entre l'enceinte extérieure 1 et la chambre cryogénique 2 associée a organe de conduction thermique 4. Cet écran peut comporter des alvéoles 24 contenant un fluide réfrigérant en circulation ou non, dont la température est intermédiaire entre la température ex intérieure et la température de l'élément 7. Par ailleurs, une-résistance chauffante i I est disposée au voisinage de l'extrémité 6 de l'organe de conduction 4 et connectée, par l'intermédiaire d > une traversée 36 étanche au vide, à une source de tension non illustrée. Un cryostat selon l'invention fonctionne de la façon suivante. On suppose que l'état initial du système est illustré par l'une des figures la et 2. L'organe de conduction thermique 4 est en contact avec la chambre cryogénique 2 ; l'intérieur de l'ensemble du cryostat est mis sous vide, qu'il soit ou non séparé en deux compartiment étanches. L'objet 5 est alors refroidi à la température de l'élément réfrigérant 7. Pour retirer l'échantillon 5 du cryostat, on met en oeuvre les moyens mécaniques précités pour écarter de la chambre cryogénique 2 l'extrémité 12 de Organe 4. Le joint glissant 10 sépare alors l'intérieur du cryostat en deux compartiments independants ; les deux parties 22 et 23 de l'écran thermique se séparent également. On réchauffe l'organe 4 et l'objet 5 à l'aide de la résistance chauffante Il, on arrête les moyens de pompages 21, et on insuffle de l'air dans le compartiment contenant l'objet 5 jusqu'a ce qu'il y règne une pression égale à la pression atmosphérique ; on démonte alors l'appendice 20 de l'enceinte 1 en 17 et 18 et il est possible alors d'accéder à l'objet 5. Un dispositif selon ltinvention présente l'avantage de permettre le réchauffage de l'échantillon, sans contact avec la chambre cryogénique 2 c'est-à-dire sans réchauffage du cryostat et sans consommation excessive de fluide réfrigérant. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n' a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Cryostat destiné au refroidissement d'un objet comprenant - une enceinte externe étanche au vide contenant une chambre cryogénique, - un organe de conduction thermique disposé à l'intérieur de ladite enceinte, dont une première extrémité est destinée à supporter ledit objet, - des moyens mécaniques, commandables de l'extérieur de ladite enceinte externe pour mettre en contact une seconde extrémité dudit organe de conduction thermique avec une partie de ladite chambre cryogénique, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre - une bague solidaire dudit organe de conduction thermique, munie d'un joint glissant, étanche, coopérant avec la paroi interne de ladite enceinte externe, et susceptible de séparer cette enceinte en deux compartiments étanches, contenant respectivement ladite première et ladite seconde extrémités dudit organe de conduction thermique. 2/ Cryostat selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite première extrémité dudit organe de conduction thermique est logée dans un appendice démontable de ladite enceinte externe. 3/ Cryostat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit organe de conduction thermique comporte des moyens de chauffage disposés au niveau de ladite première extrémité. 4/ Cryostat selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend également un premier écran thermique, entourant partiellement ladite chambre cryogénique et un second écran thermique entourant partiellement ledit organe de conduction thermique, et des moyens commandables de ltextérieur pour mettre en contact lesdits écrans. 5/ Cryostat selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit second écran thermique est solidaire de ladite bague.