КРИОСТАТ ДЛЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ МАГНИТОВ

Полезная модель относится к низкотемпературным криостатным устройствам, в частности к криостату для проведения исследований магнитных свойств различных материалов, их поведения в сверхсильных магнитных полях и может быть использовано в технической физике.
Известен криостат для сверхпроводящих магнитов (АС № 770313, F 17 С 13/12, БИ № 41, 1982 г.), содержащий теплоизолированный сосуд для сжиженного газа, крышку, выполненную с каналом для отвода паров, и кольцевую камеру на наружной поверхности с гибким концевым уплотнением. Известный криостат имеет ряд существенных недостатков. Сверхпроводящий соленоид подвешен к крышке, которая в случае повышения давления в криостате должна подниматься. При этом надо учесть, что вес соленоида может составлять иногда 300:400 кг. Чтобы поднять крышку с соленоидом, необходимо создать давление в гелиевом сосуде около 1 атмосферы. Стенки сосуда изготавливаются , как правило, из тонкого листа, поэтому сосуд может разрушиться раньше, чем поднимется крышка.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является криостат для магнитных исследований (АС № 981781, F 25 D 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 K&fЈfc&, изолированный от полости сосуда для криогенной жидкости, соленоид, помещенную 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 стенки, горизонтальный канал выполнен
МПК.Р25ОЗ/10
внутри диска, а соленоид смонтирован на его верхней и нижней поверхностях.
Недостатками известного криостата являются то, что он обладает повышенным расходом хладоагента, обусловленными следующими причинами. Во-первых, трубки подвеса гелиевого сосуда потребляют часть энергии хладоагента. Во-вторых токовводы подсоединены к соленоиду постоянно, что также приводит к увеличению расхода хладоагента. Кроме того конструкция криостата создает ряд неудобств в работе, т.к. при периодическом заполнении хладоагентом криостата из-за термоциклирования требуется подтяжка шпилек, стягивающих разъемное соединение для сохранения его герметичности. Надо отметить и недостаток, состоящий в том , что разъемное герметичное соединение выполнено на сосуде для жидкого гелия и занимает значительное место. Это приводит к увеличению габаритов криостата.
Задачей заявляемой полезной модели является новый криостат для сверхпроводящих магнитов повышенной эффективности, с уменьшенным расходом хладоагента.
Поставленная задача решается заявляемым криостатом для сверхпроводящих магнитов, содержащим наружный кожух, соленоид, охлаждаемый радиоционный экран, сосуды для жидкого хладоагента с трубками подвеса, шахту с рабочей камерой, который дополнительно снабжен токовводами, коллектором и уровнемером жидкого хладоагента, 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 в верхней части, кроме того во фланце расположено гнездо для хвостовика токоввода, а коллектор расположен в верхней наружной части криостата. Токоввод выполнен перфорированным.Удлиненная кромка фланца
//0//ЈЈ
выполнена в соответствии с соотношением (107l5), где Н- высота кромки, мм; 6-толщина фланца,мм.
В заявляемом криостате уровнемер жидкого хладоагента выполнен из сверхпроводящего материала.
На фиг.1 приведен криостат для сверхпроводящих магнитов. Криостат содержит наружный кожух 1, охлаждаемый съемный радиационный экран 2, соединенный с сосудом жидкого азота 3, сосуд для жидкого гелия 4, образованный верхним фланцем 5 с приваренной к нему обечайкой 6. Внутри сосуда 4 размещен соленоид 7, прикрепленный с помощью подвески 8 к/верхнему фланцу 5. Сосуд 4 крепится с помощью трубы 9 и отводящих трубок 10 к верхней крышке 11 криостата. Токовводы 12 расположены внутри отводящих трубок 10 и соединены коническим хвостовиком 17 с изолированным гнездом 13. Гнезда 13 подпаяны к шинам 14 соленоида 7. Токовводы в верхней части имеют поворотный рычаг 18. Отводящие трубки 9 и 10 соединены трубками 15 с коллектором 16. Внутри отводящей трубки установлен также уровнемер жидкого хладоагента 19. На верхней части токоввода помещена гайка 20.
В заявляемом криостате для сверхпроводящих магнитов трубки подвеса гелиевого сосуда охлаждаются обратным потоком хладоагента, при этом поток хладоагента выведен в коллектор. Это снижает теплоприток по трубкам подвеса Коллектор представляет собой кольцевую трубу, к которой с одной стороны подведены полости всех трубок подвеса. С другой стороны коллектор соединен с газосборной сетью Коллектор прикреплен к верхнему наружному фланцу криостата Поток хладоагента поступает по трубкам подвеса в коллектор и далее в газосборную сеть. Такая организация потока хладоагента позволяет собирать хладоагент и направлять его на повторное использование после последующего сжижения. Благодаря новой организации потока хладоагента снижается его расход.
Ј00 yf0f№&
-зТоковвод выполнен составным и имеет конический хвостовик, среднюю часть ввиде перфорированной трубки и верхнюю часть ввиде стержня с резьбой. На верхней части токоввода помещена гайка 20 для обеспечения надежного электрического контакта конического хвостовика с гнездом. Кроме того и коническая поверхность хвостовика токоввода позволяет осуществить надежный электрический контакт, а также быстрое разъединение токоввода при его отключении. Перфорирование средней трубчатой части токоввода обеспечивает более эффективное охлаждение его обратным потоком за счет увеличения поверхности теплообмена с обратным потоком.
Высота кромки верхнего фланца гелиевого сосуда превышает толщину самого фланца на  мм. При значении превышения высоты над толщиной менее 10 мм уменьшается количество разгерметизаций без замены фланца. Если это превышение составляет более 15 мм, то это не приводит к дальнейшему повышению эффективности. Удлиненная высота кромки верхнего фланца гелиевого сосуда позволяет обеспечить надежное вакуумнойлотное технологичное сварное соединение фланца с обечайкой, его частичную срезку верхней части при разборке гелиевого сосуда и последующую заварку. Сварное соединение обеспечивает более надежную герметизацию. Кроме того устройство имеет меньшие габариты, а следовательно и меньшую материалоемкость.
Для своевременного наполнения сосуда жидким хладоагентом необходим непрерывный контроль уровня хладоагента. Для этого криостат снабжен уровнемером. Положение уровня хладоагента ниже верхней кромки фланца соленоида выводит последний из сверхпроводящего состояния. При этом из-за повышения сопротивления соленоида происходит разогрев и резкое повышение давления паров в сосуде с жидким гелием, которое может спровоцировать аварийную ситуацию. Кроме того соленоид выходит их рабочего состояния.
Криостат для сверхпроводящих магнитов работает следующим образом. Сосуд 3 заполняют жидким азотом, а сосуд 4 жидким гелием. Испаряющийся газообразный гелий охлаждает токовводы 12 и трубки подвеса 10, поступает в коллектор 16 и далее в газосборную сеть ( на чертеже не показана). После охлаждения соленоида 7 и подачи электрического тока на токовводы при достижении заданной напряженности магнитного поля токовводы 12 с помощью поворотного рычага 18 выводят из контакта с гнездом 13 и поднимают на 100-150 мм. При этом расход жидкого гелия на испарение сокращается на величину уменьшения теплоотвода за счет уменьшения теплопроводности токовводов и трубок подвеса. При необходимости замены соленоида снимают наружный кожух 1, радиационный экран 2 и срезают верхнюю часть сварочной кромки фланца 5 и обечайки гелиевого сосуда. После установки соленоида кромку опять заваривают. Такая конструкция обеспечивает обычно 5-6 разгерметизаций гелиевого сосуда без замены фланца 5.
Таким образом предлагаемый криостат для сверхпроводящих магнитов обладает повышенной эффективностью и уменьшенным расходом хладоагента. Полезная модель может быть использована в лабораторных научных учреждениях для исследования физических свойств различных материалов в магнитных полях.
гс /of/J