КРИОГЕННЫЙ РЕФРИЖЕРАТОР

Область техники, к которой относится полезная модель
Данная полезная модель относится к устройствам для работы в составе криогенных гелиевых систем и, в частности, к криогенному рефрижератору.
Уровень техники
Известно криогенное устройство для исследования магнитных свойств материалов, содержащее в частности криорефрижератор (патент РФ на полезную модель №148963, опубл. 20.12.2014).
Известны также криорефрижераторы замкнутого цикла, например, серийно выпускаемые японской компанией Sumitomo Heavy Industries для работы в составе криогенных систем для поддержания рабочей температуры сверхпроводящих магнитов, в том числе для магниторезонансных (МРТ) томографов, (см. сайт http://www.shicryogenics.com/products/4k-cryocoolers/). Недостатком всех этих криогенных рефрижераторов является ограниченная применимость в магнитном поле.
Как показали недавние исследования, вторая ступень двухступенчатого криогенного рефрижератора работоспособна в магнитных полях с индукцией до 2 Тл (Е. Kostrov et al. "Performance test of G-M cooler in magnetic fields" / Physics Procedia, vol. 67, 2015, pp. 440-444).
Раскрытие полезной модели
Таким образом, задачей настоящей полезной модели является разработка криорефрижератора, устойчивого к воздействию внешнего магнитного поля в области второй криогенной ступени.
Данная задача с достижением указанного технического результата решается в настоящей полезной модели благодаря тому, что в предложенном криогенном рефрижераторе, содержащем первую и вторую криогенные ступени, гелиевый компрессор, предназначенный для сжатия используемого в криогенных ступенях рабочего тела, в качестве которого применен газообразный гелий, и электродвигатель для управления впускным и выпускным клапанами, предназначенными для подачи рабочего тела в криогенные ступени, причем вторая криогенная ступень предназначена для получения более низкой температуры, чем первая криогенная ступень, вторая криогенная ступень заключена в оболочку из материала, экранирующего магнитное поле.
Особенность данной полезной модели состоит в том, что материалом может быть магнитная сталь или пермаллой, либо сверхпроводник.
Подробное описание полезной модели
Настоящая полезная модель иллюстрируется чертежом.
Криогенный рефрижератор по настоящей полезной модели, в целом обозначенный на чертеже ссылочной позицией 1, содержит первую криогенную ступень 2, вторую криогенную ступень 3, гелиевый компрессор (не показано), который предназначен для сжатия рабочего тела, используемого в криогенных ступенях 2 и 3. В качестве такого рабочего тела обычно используется газообразный гелий. Рабочее тело (гелий) подается в криогенные ступени 2 и 3 посредством впускного и выпускного клапанов (не показано), управляет которыми электродвигатель 4. При этом вторая криогенная ступень 3 предназначена для получения более низкой температуры, чем первая криогенная ступень 2. Все это известно специалистам как из вышеприведенных аналогов, так и из иных источников.
Вследствие того, что криогенный рефрижератор 1 используется для исследования магнитных свойств материалов при сверхнизких температурах, создаваемое в непосредственной близости от криогенного рефрижератора 1 магнитное поле нарушает его работу.
Чтобы избежать отрицательного воздействия магнитного поля на работу криогенного рефрижератора 1, в настоящей полезной модели вторая криогенная ступень 3 заключена в оболочку 5 из материала, экранирующего магнитное поле. В качестве такого материала можно использовать магнитную сталь или пермаллой. Таким материалом может быть и сверхпроводник, как это имеет место, например, в публикации международной заявки WO 96/04676. Следует лишь отметить, что в указанной публикации защитная оболочка охватывает измеритель в криостате, где отсутствует гелиевый компрессор и электродвигатель, тогда как в настоящей полезной модели оболочка 5 окружает вторую криогенную ступень 3 криогенного рефрижератора 1.
Необходимо также указать на то, что экранирующая оболочка 5 в данной полезной модели выполняет еще и дополнительную функцию защиты внешнего магнитного поля, в котором работает криогенный рефрижератор 1, от самой второй криогенной ступени 3, поскольку перемещение в ней рабочего тела приводит к колебаниям напряженности собственного магнитного поля этого рабочего тела, что вносит шумовую составляющую во внешнее магнитное поле.