SU896338A1

SU896338A1 - Cryostat

Info

Publication number: SU896338A1
Application number: SU802907718A
Authority: SU
Inventors: Геннадий Семенович Недельченко; Юрий Николаевич Муськин; Анатолий Андреевич Товма; Валерий Федорович Янчук; Николай Николаевич Фастов; Татьяна Владимировна Зубенок
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6028
Priority date: 1980-04-07
Filing date: 1980-04-07
Publication date: 1982-01-07

Description

(54) КРИОСТАТ(54) CRYOSTAT

1one

Изобретение относитс к криогенной технике , а более конкретно к криостатам, используемым дл охлаждени и поддержани различных приборов и устройств при криогенных температурах.The invention relates to cryogenic engineering, and more specifically to cryostats used to cool and maintain various instruments and devices at cryogenic temperatures.

Известны криостаты, в которых в качестве источника холода используетс жидкий криоагент (жидкие гелий, азот и др.). В таких криостатах сосуд с жидким криоагентом изолируетс от окружающей среды вакуумированным герметичным корпусом и радиационным экраном, креп щимс к трубке подвески сосуда к корпусу 1.Cryostats are known in which liquid cryoagent (liquid helium, nitrogen, etc.) is used as a source of cold. In such cryostats, the vessel with the liquid cryogenic agent is isolated from the environment by a vacuum-sealed pressurized case and a radiation shield attached to the vessel hanger tube to the case 1.

Ввиду сравнительно невысокой эффективности охлаждени экрана температура его в стационарном тепловом режиме значительно отличаетс от температуры жидкого криоагента, что приводит к существенным величинам теплопритока к жидкому криоагенту и обеспечивает незначительный период работы криостата от одного заполнени его жидким криоагентом.Due to the relatively low cooling efficiency of the screen, its temperature in a stationary thermal mode differs significantly from the temperature of the liquid cryoagent, which leads to significant heat input to the liquid cryoagent and ensures a short period of operation of the cryostat from filling it with a liquid cryoagent.

Известен также криостат, использующий дл охлаждени экранов отход щие пары криоагента, содержащий вакуумируемый герметичный корпус с базовым фланцем, размещенный внутри корпуса сосуд с жидким криоагентом и крионасосом, подвещенный к базовому фланцу на коаксиальных трубах и патрубках подвода и отвода криоагента и вакуумплотно закрытый сверху и сбоку тонкостенными крыщкой и одной из коаксиальных труб 2. Коаксиальные трубы, на 5 которых подвешен сосуд к корпусу, выполн ют роль радиационных экранов боковой поверхности сосуда. Испар ющийс в сосуде жидкий гелий проходит через межтрубное пространство этих коаксиальных труб, ,Q и охлажда их, по патрубку выходит из криостата.A cryostat is also known, using for cooling the screens exhaust vapor of a cryogenic agent containing a vacuum-sealed enclosure with a base flange, a vessel with a liquid cryoagent and a cryopump placed inside the casing, placed on the base flange on the coaxial tubes and the cryoagent inlet and outlet pipes and vacuum tightly above and on the side thin-walled cap and one of the coaxial tubes 2. Coaxial tubes, 5 of which hang a vessel to the body, act as radiation shields on the side surface of the vessel. Liquid helium evaporating in the vessel passes through the annular space of these coaxial pipes, Q and cooling them, and leaves the cryostat through the nozzle.

Использование в известном криостате кроме жидкого гели еще и жидкого азота усложн ет эксплуатацию криостата и не позвол ет существенно увеличить врем его неJ5 прерывной работы от одной заправки криоагентами . Кроме того, наличие в криостате двух независимых и изолированных полостей делает сложной подготовку криостата к работе.The use of liquid nitrogen in a known cryostat, in addition to liquid gels, complicates the operation of the cryostat and does not allow a substantial increase in the time of its continuous operation from a single charge of cryoagents. In addition, the presence of two independent and isolated cavities in the cryostat makes it difficult to prepare the cryostat for operation.

Цель изобретени -увеличение времени The purpose of the invention is the increase in time

20 работы криостата и упрощение его обслуживани .20 operation of the cryostat and simplification of its maintenance.

Поставленна цель достигаетс тем, что криостат, содержащий вакуумируемый герметичный корпус с базовым фланцем, размещенный внутри корпуса сосуд с жидким криоа гейтом и крионасосом, подвешенный к базовому фланцу на коаксиальных трубах и патрубках подвода и отвода криоагента и вакуумплотно закрытый сверху и сбоку тонкостенными крышкой и одной из коаксиальных труб, снабжен радиационным экраном со змеевиком, расположенными над сосудом с криоагентом и соединенным на входе с нижним концом коаксиальной трубы и на выходе - с патрубком отвода криоагента и радиационными экранами с отверсти ми, установленными под сосудом коаксиально, причем внутренний экран укреплен на сосуде с криоагентом, а остальные - на коаксиальных трубах.The goal is achieved by the fact that a cryostat containing a vacuumized sealed enclosure with a base flange, a vessel with a liquid cryo gate and a cryopump inside the case, suspended from the base flange on coaxial pipes and supply and discharge nozzles and a vacuum-tight top and side of a thin lid and one from coaxial pipes, equipped with a radiation screen with a coil located above the vessel with a cryoagent and connected at the inlet with the lower end of the coaxial pipe and at the outlet with a branch pipe Yes, the cryoagent and radiation shields with holes installed coaxially under the vessel, the internal screen mounted on the vessel with the cryoagent, and the rest on coaxial pipes.

На чертеже изображен криостат, общий вид.The drawing shows a cryostat, a general view.

Криостат имеет вакуумируемый герметичный корпус 1 с базовым фланцем 2, размещенные внутри корпуса сосуд 3 с жидким криоагентом, кольцевой крионасос 4 из активированного угл , установленный на нижнем основании сосуда 3.The cryostat has a vacuum-sealed enclosure 1 with a base flange 2, a vessel 3 with a liquid cryoagent placed inside the case, an activated carbon annular cryopump 4 mounted on the bottom base of the vessel 3.

Сосуд 3 подвешен к базовому фланцу 2 на коаксиальных трубах 5 и 6 и патрубках 7 и 8 подвода и отвода криоагента соответственно . Сверху и сбоку сосуд вакуумплотно закрыт тонкостенной крышкой 9 и одной из коаксиальных труб 10. Над сосудом с криоагентом установлен радиационный экран 11 со змеевиком 12, соединенным на входе трубкой 13 с нижним концом уплотн ющей коаксиальной трубы 10 и на выходе с патрубком 8 отвода хладагента.The vessel 3 is suspended from the base flange 2 on coaxial pipes 5 and 6 and pipes 7 and 8 for supplying and discharging the cryoagent, respectively. The vessel is vacuum-tightly closed at the top and side with a thin-walled lid 9 and one of the coaxial pipes 10. Radiation screen 11 with a coil 12 connected at the inlet by tube 13 with the lower end of the sealing coaxial pipe 10 and at the outlet with the refrigerant outlet 8 at the inlet is installed above the vessel with the cryoagent.

Под сосудом 3 установлены коаксиально размещенные экраны 14-16 с отверсти .ми. Внутренний экран 14 укреплен на сосуде 3, а остальные экраны 15 и 16 - на коаксиальной трубе 5.Under the vessel 3, coaxially arranged screens 14-16 with holes are installed. The inner screen 14 is fixed on the vessel 3, and the remaining screens 15 and 16 on the coaxial pipe 5.

Корпус 1 криостата закреплен на подставке 17. Исследуемый объект 18 в криостате крепитс к нижнему основанию сосуда 3 на пластине 19. Вакуумирование внутренней полости криостата производитс через вентиль 20. После заполнени сосуда 3 жидким хладагентом патрубок 7 закрываетс пробкой 21.The housing 1 of the cryostat is fixed on the stand 17. The test object 18 in the cryostat is attached to the lower base of the vessel 3 on the plate 19. The evacuation of the internal cavity of the cryostat is performed through the valve 20. After the vessel 3 is filled with liquid refrigerant, the nozzle 7 is closed with a stopper 21.

Криостат работает следующим образом.The cryostat operates as follows.

После вакуумировани внутренней полости криостата вентиль 20 перекрываетс , сосуд 3 заполн етс до его верхнего кра жидким гелием и патрубок 7 плотно закрываетс пробкой 21. Испар ющийс в сосуде 3 жидкий гелий проходит последовательно пространство между трубами 6 и 10, трубку 13, змеевик 12 и, значительно повысив свою энтальпию за счет охлаждени труб 5, 6,After evacuating the inner cavity of the cryostat, the valve 20 closes, the vessel 3 is filled to its upper edge with liquid helium and the nozzle 7 is tightly closed with a stopper 21. The liquid helium evaporating in the vessel 3 passes successively the space between the pipes 6 and 10, the pipe 13, the coil 12 and significantly increasing its enthalpy by cooling pipes 5, 6,

10 и экранов 11, 14, 15 и 16 выходит через патрубок 8 из криостата.10 and screens 11, 14, 15 and 16 out through the pipe 8 from the cryostat.

Благодар тому, что в конструкции криостата сосуд с жидким гелием полностью охвачен радиационными экранами, которые последовательно охлаждаютс отход щими из сосуда парами гели , в криостате используетс не только теплота испарени жидкого гели , но и повышение энтальпии паров гели . Это, в свою очередь, снижает расходDue to the fact that, in the construction of the cryostat, the vessel with liquid helium is completely covered by radiation screens, which are sequentially cooled with helium vapors out of the vessel, the cryostat uses not only the heat of evaporation of the liquid helium, but also an increase in the enthalpy of helium vapor. This in turn reduces consumption

жидкого гели и увеличивает врем непрерывной работы криостата от одного заполнени его криоагентом.liquid gels and increases the time of continuous operation of the cryostat from one filling it with a cryoagent.

Наллчие в криостате одной общей вакуумной полости, в которой размещены сосуд с жидким гелием и охватывающие его экраны , и использование только одного криоагента упрощает обслуживание криостата.In a cryostat there is a common vacuum cavity in which a vessel with liquid helium and screens enclosing it is placed, and the use of only one cryoagent simplifies the maintenance of the cryostat.

Криостат обладает универсальностью и сосуд его может заполн тьс различными жидкими криоагентами (гелием, водородом,The cryostat is universal and its vessel can be filled with various liquid cryogenic agents (helium, hydrogen,

азотом и др.).nitrogen and others.).

Испытание предложенного криостата, в котором сосуд дл жидкого криоагента имеет объем 0,026м, показало, что при заполнении его жидким гелием врем непрерывной работы составл ет не менее 60ч, а при за полнении жидким азотом - не менее 500 ч.The test of the proposed cryostat, in which the vessel for the liquid cryogenic agent has a volume of 0.026 m, showed that when filled with liquid helium, the continuous operation time is at least 60 hours, and when filled with liquid nitrogen - at least 500 hours.

Claims

Invention Formula

A cryostat containing an evacuated ° sealed enclosure with a base flange, a vessel containing a liquid cryoagent and a cryopump inside the casing, connected to the base flange on coaxial pipes and cryoagent inlets and outlets, and tightly closed at the top and side of a thin lid and one of the coaxial pipes , characterized in that, in order to increase the operation time of the cryostat and simplify its maintenance, it is equipped with a radiation screen with a coil located above the vessel with the cryoagent and connected at the entrance to The other end of the sealing coaxial pipe and the outlet have a cryoagent drainage pipe and radiation shields with openings installed coaxially under the vessel, the internal screen mounted on the vessel with the cryoagent, and the rest on coaxial pipes.

Sources of information taken into account in the examination of 0 I. USSR author's certificate № 446531, cl. F 25 D 3/10, 1972.

2. USSR author's certificate number 421864, cl. F25 D 3/10, 1972.