Изучение курса начинается с краткого уяснения значения техники низкотемпературных измерений в экспериментальных исследованиях. Это достигается при ознакомлении с теми задачами, которые на сегодняшний день весьма актуальны и которые связаны с техническим использованием явления сверхпроводимости, действием квантовых генераторов и усилителей, оптических квантовых генераторов, криоэлектроникой, криогенным материаловедением и др. Этот материал изложен в [5], разд. 6, 16 и 17.
Основная литература: [2, гл. I].
Дополнительная литература: [5, § 16–1].
Цель этого раздела курса – рассмотреть конструктивные особенности основных типов криостатов, применяемых при исследовании в области криогенных температур.
Несмотря на то, что проектирование криостатов чаще всего осуществляется индивидуально, так как их конструкция зависит от тех задач, которые должны быть выполнены при проведении низкотемпературных исследований, существуют общие принципы устройства этих аппаратов.
В качестве самого простого криостата может быть использован сосуд, предназначенный для хранения криогенных жидкостей. Особенно удобны для этой цели широкогорлые сосуды Дьюара, через горловину которых объект охлаждения погружается в жидкий криопродукт.
При разборе конструкций криостатов, изготовленных из различных материалов (стеклянные, металлические, пластмассовые), необходимо обратить внимание на положительные и отрицательные свойства этих материалов, которые проявляются при эксплуатации низкотемпературных устройств.
Необходимо также ознакомиться с конструкциями отдельных узлов и деталей криостатов, соединением этих элементов между собой и применяемыми для их изготовления материалами. Особое внимание необходимо обратить на типы прокладок для уплотнения разъемных соединений (фланцев, токовводов, трубопроводов и т. п.).
Рассматривая криостаты, предназначенные для работы с различными жидкими криопродуктами, необходимо уяснить, какие дополнительные требования к конструкции криостатов предъявляются при использовании в них жидких Ne, H2, He.
Особое внимание необходимо обратить на конструкции безазотных криостатов, предназначенных для работ с жидкими Ne, Н2 и Не. Уяснить назначение радиационных охлаждаемых экранов и их влияние на эффективность работы криостатов.
При работе с криостатами, где в качестве криопродуктов используется жидкий гелий, необходимо обратить внимание на то, из каких стадий состоят операции охлаждения криостата и заполнения его жидким гелием и в какой последовательности они осуществляются. Кроме того, необходимо рассмотреть, как в гелиевых криостатах достигается получение температур ниже 4,2 К и какие дополнительные трудности возникают при работе с жидким гелием в области температур ниже λ-точки.
Вопросы для самопроверки
1. Почему стеклянные сосуды Дьюара, предназначенные для хранения жидкого N2, мало пригодны для хранения жидкого Не?
2. Нарисуйте схему устройства, предназначенного для получения температур ниже 4,2 К, используемого для работы в сосуде с жидким гелием.
3. Перечислите основные недостатки и достоинства стеклянных криостатов.
4. Какие требования предъявляются к конструкции горловины гелиевого металлического криостата?
5. За счет чего достигается уменьшение теплопритока извне к гелиевому резервуару в гелиевых безазотных криостатах?
6. Что свидетельствует об охлаждении внутреннего объема криостата (при его заполнении жидким гелием) до 4,2 К и начале накопления в нем жидкого гелия?
7. Каким путем в криостатах, работающих при Т < 2,17 К, достигается снижение количества паров испаряющегося гелия?
Основная литература: [1, § 5.9, гл. 2].
Дополнительная литература: [5, гл. VII].
Изучение этого раздела курса начинается с рассмотрения различных видов теплоизоляции (высоковакуумной, вакуум-порошко-вый, вакуумно-многослойной), которые используются в криостатах. При этом необходимо уяснить, из каких составляющих складывается суммарный теплоприток, проникающий через изоляционное ограждение криостата, и какая доля от общего теплопритока может приходиться на каждую составляющую.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.