КРИОСТАТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Полезная модель относится к низкотемпературным криостатным устройствам, в частности к криостату для проведения электрофизических измерений магнитных свойств различных материалов, их поведения в сверхсильных магнитных полях и может быть использована в технической физике.
Известен криостат для магнитных исследований (АС №981781, F25D 3/10, БИ №46, 1982 г.). Криостат содержит наружный кожух, охлаждаемый радиационный экран, сосуд для криогенной жидкости, образованный наружной стенкой с горизонтальным разъемом и внутренней стенкой, горизонтальный канал, изолированный от полости сосуда для криогенной жидкости, соленоид, помещенный в эту полость и шахту с рабочей камерой, размещенной внутри полости, ограниченной внутренней стенкой. При этом криостат дополнительно снабжен диском, который установлен в разъеме наружной стенке, горизонтальный канал выполнен внутри диска, а соленоид смонтирован на его верхней и нижней поверхностях.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является криостат для сверхпроводящих магнитов, содержащий наружный кожух, соленоид, охлаждаемый радиационный экран, сосуды для жидкого хладагента с трубками подвеса, шахту с рабочей камерой, который дополнительно снабжен токовводами, коллектором и уровнемером жидкого хладагента, при этом токовводы выполнены съемными, снабжены коническим хвостовиком и поворотным рычагом и расположены внутри трубки подвеса, сосуд жидкого гелия снабжен в верхней своей части фланцем, имеющим удлиненную кромку с высотой превышающей толщину фланца верхней части, кроме того во фланце расположено гнездо для хвостовика токоввода, а коллектор расположен в верхней наружной части криостата (патент на полезную модель №38383 «Криостат для сверхпроводящих магнитов», опубликован бюл. №16, 2004 г.).
Недостатками известного криостата являются отсутствие возможности измерения электрофизических величин в 3-х плоскостях, что дает более полные характеристики исследуемого материала. Кроме того, известный криостат требует для работы заправку жидкими хладагентами, что влечет за собой дополнительный ряд неудобств.
Задачей заявляемой полезной модели является разработка нового криостата для электрофизических измерений повышенной эффективности.
Поставленная задача решается заявляемым криостатом для электрофизических измерений, содержащим наружный кожух, соленоид, охлаждаемый радиационный экран, шахту с рабочей камерой, который дополнительно снабжен криорефриджератором, вторым радиационным экраном, магнитом с токовводами, тепловым ключом, узлом вращения образца в виде шагового двигателя с ваккумными магнитными уплотнителями, резистивным нагревателем и датчиком температуры, при этом, токовводы выполнены из высокотемпературного сверхпроводящего провода и имеют тепловой контакт с охлаждаемым радиационным экраном, магнит выполнен двухсекционным с горизонтальным зазором между секциями и расположен перпендикулярно соленоиду.
На фиг.1 представлен криостат для электрофизических измерений, содержащий наружный кожух(3),соленоид(6),охлаждаемый радиационный экран(7), шахту с рабочей камерой(10), криорефриджератор (4), второй радиационный экран(2), магнит с токовводами (8),тепловой ключ(5), узел вращения образца в виде шагового двигателя с ваккумными магнитными уплотнителями (1), резистивный нагреватель и датчик температуры(9).
Криостат для электрофизических измерений создан для исследования материалов в магнитных полях до 5 Тл и температурном диапазоне 6-300 К. Для возможности измерения электрофизических величин в 3-х плоскостях используют сверхпроводящий соленоид с индукцией магнитного поля до 5 Тл и сверхпроводящий магнит, выполненный в виде сплит-магнита с индукцией поля до 2 Тл. Сверхпроводящие магнит и соленоид сделаны из ниобий-титанового провода.
В заявляемом криостате для охлаждения магнитов и вставки с образцами до рабочих температур применяется криокулер, например на основе цикла Гиффорда-МакМагона.
Для температурной регуляции используют резистивный нагреватель и температурный датчик, управляемые температурным контроллером, расположенные на держателе образца.
Сверхпроводящие магнит и соленоид расположены внутри радиационного экрана. Дополнительный радиационный экран установлен в шахте соленоида для снижения нагрева от регулируемой температурной вставки. Оба радиационных экрана охлаждаются от криорефриджератора.
Верхняя часть регулируемой температурной камеры выполнена из нержавеющей трубки и термически соединена с криорефриджератором для снижения тепловых притоков по трубке из внешнего пространства.
Сверхпроводящий магнит и соленоид охлаждаются непосредственным тепловым контактом с криорефриджератором, например, через медную пластину.
Заявляемое техническое решение снабжено тепловым ключом для расширения температурного диапазона измерений исследуемых материалов. Существующие конструкции не обеспечивали возможность проведения исследований образца вблизи комнатных температур, а в заявляемом криостате эта возможность предоставляется за счет того, что тепловой ключ обеспечивает прерывание теплового контакта между образцом и криорефриджератором.
Тепловой ключ выполнен в виде двух концентрических медных трубок и снабжен корпусом из нержавеющей стали. Внутренняя медная трубка термически соединена с регулируемой температурной камерой («теплый конец»), а внешняя медная трубка термически соединена с криорефриджератором. Теплопроводность ключа зависит от давления гелия в зазоре между двух медных трубок. Она относительно высока, когда зазор заполнен гелием и мала, когда гелий откачен из системы.
Узел вращения образца с шаговым двигателем обеспечивает возможность вращения образца вдоль оси соленоида в процессе измерения, что позволяет получить информацию о электрофизических параметрах материала в 3-х плоскостях. Магнит выполнен двухсекционным с горизонтальным зазором между секциями и расположен перпендикулярно соленоиду.
Таким образом, заявляемый криостат для электрофизических измерений позволяет более эффективно проводить исследования материалов в 3-х плоскостях в широком диапазоне температур, кроме того, устройство не требует заправки жидких хладагентов перед экспериментом.