КРИОСТАТ

Область техники, к которой относится полезная модель
Данная полезная модель относится к низкотемпературным криостатным устройствам и, в частности, к криостату для проведения физических измерений различных материалов.
Уровень техники
Известны криостаты для исследования физических свойств материалов, в которых исследуемый образец жестко соединен с охлаждающей ступенью (патенты РФ на полезную модель №123973, опубл. 10.01.2013, и №154801, опубл. 10.09.2015). Недостатком этих криостатов является наличие вибраций, которые передаются к образцу через указанные жесткие соединения в процессе работы криорефрижератора, составляющего необходимую часть криостата.
Наиболее близким аналогом данной полезной модели является криостат с двухступенчатым криогенным рефрижератором, обеспечивающий подавление вибраций последнего за счет применения гибких связей между рефрижератором и тепловым экраном и исследуемым образцом (S. Сараr-relli et al. Vibration-free cryostat for low-noise applications of a pulse tube cry-ocooler / Rev. Sci. Instrum., 77, 2006, pp. 095-102). Схема этого криостата приведена на Фиг. 1, где ссылочными позициями обозначено: 1 - криорефрижератор, 2 - охлаждающая платформа, 3 - вакуумный кожух, 4 - сильфон, 5 - тепловой экран, 6 - первая ступень рефрижератора, 7 - вторая ступень рефрижератора, 8 - первые гибкие связи, 9 - вторые гибкие связи, 10 - исследуемый образец. В этом криостате уровень вибраций снижен до ±0,65 мкм, однако этого недостаточно для оптических и электрофизических измерений, требующих более низкий уровень вибраций.
Раскрытие полезной модели
Таким образом, задачей настоящей полезной модели является создание такого криостата, в котором обеспечивались бы низкоуровневые вибрации (<0,5 мкм) на образце.
Данная задача с достижением указанного технического результата решается в настоящей полезной модели благодаря тому, что в предложенном криостате, предназначенном для физических исследований образцов материалов и содержащем двухступенчатый криогенный рефрижератор, первая ступень которого размещена в наружном вакуумном кожухе, а вторая его ступень вместе с исследуемым образцом окружены тепловым экраном, охлаждаемым первой ступенью, для обеспечения теплового контакта между первой ступенью и тепловым экраном и второй ступенью и исследуемым образцом применен теплообменный газ.
Особенность данной полезной модели состоит в том, что теплообменным газом может быть гелий.
Другая особенность данной полезной модели состоит в том, что криогенный рефрижератор может быть соединен своим вакуумным фланцем с наружным вакуумным кожухом посредством гибкой герметичной связи. При этом гибкая герметичная связь может быть выполнена в виде резинового сильфона.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 приведена схема известного криостата.
На Фиг. 2 приведена схема криостата по данной полезной модели.
Подробное описание полезной модели
Настоящая полезная модель иллюстрируется условной схемой на Фиг. 2.
Криостат по настоящей полезной модели, предназначенный для физических исследований образцов материалов, содержит двухступенчатый криогенный рефрижератор 1, имеющий первую ступень 6 и вторую ступень 7. В качестве такого криогенного рефрижератора может быть использован любой подходящий криорефрижератор, например, раскрытый в вышеуказанном ближайшем аналоге. Обе ступени криорефрижератора 1 размещены в наружном вакуумном кожухе 3, который может быть соединен с вакуумным фланцем 2 криогенного рефрижератора 1 с помощью гибкой герметичной связи 4, выполненной, к примеру, в виде резинового сильфона, хотя допустимо, чтобы это соединение было жестким.
Вторая ступень 7 криогенного рефрижератора 1 вместе с исследуемым образцом 10 окружены тепловым экраном 5, охлаждаемым первой ступенью 6. Как видно на Фиг. 2, между первой ступенью 6 и тепловым экраном 5, и между второй ступенью 7 и исследуемым образцом 10 нет никаких механических связей или контактов. Для обеспечения же теплового контакта между первой ступенью 6 и тепловым экраном 5 и между второй ступенью 7 и исследуемым образцом 10 применен теплообменный газ, например, гелий.
За счет этого вибрации от криогенного рефрижератора 1 (как от двигателя насоса, так от периодического заполнения газом высокого давления) практически не передаются на исследуемый образец 10. Даже остаточные вибрации из-за подвески наружного вакуумного кожуха 3 на фланце 2 криогенного рефрижератора 1 гасятся в теплообменном газе, так что измеренные вибрации на исследуемом образце 10 не превышают ±0,5 мкм.