Проточный криостат для оптической микроскопии LT3-OM Helitran
|
Система LT3-OM Helitran® |
LT3-OM разработан для оптической микро- и спектроскопии. Он имеет уникальные характеристики, не встречающиеся в других криостатах. Помимо этого, он имеет проходной размер всего 1.52 дюйма (3.87 см), что позволяет использовать его практически с любыми микроскопами. LT3-OM имеет непрерывно регулируемый держатель образца, позволяющий пользователю точно настраивать положение образца в рамках рабочей области его микроскопической системы. Вакуумный экран LT3-OM полностью сконструирован из нержавеющей стали — для большей чистоты вакуума вокруг образца. Отделка из полированной прочной нержавеющей стали ограничивает остаточное давление паров воды и снижает вероятность формирования монослоя воды на поверхности образца. LT3-OM имеет все преимущества (в том числе коаксиальную линию передачи и матричный теплообменник), которые выделяют криостаты ARS среди других проточных криостатов. |
Области применения
Области применения
|
Особенности
|
Конфигурация
Стандартная конфигурация
Опции
|
Габаритный чертеж LT3-WMX-1SS |
Вибрации образца в LT3-OM при осям X, Y, Z
Преимущества системы
Преимущества системы LT3 Helitran
Криостаты Helitran® были разработаны для высокой производительности с расширенными возможностями, которые обычно отсутствуют в традиционных проточных криостатах. Подробное описание матричного теплообменника, клапана с регулируемым импедансом и коаксиальной передающей линии представлено ниже
Расход гелия
Обычные проточные гелиевые криостаты не включают расширенные поверхностные теплообменники, смонтированные на держателе образца (по финансовым соображениям). Жидкий гелий находится в емкости, похожей на медную чашку, на держателе образца. Когда гелий кипит и испаряется, для охлаждения держателя образца используется только латентная энергия парообразования и отсутствует положение для захвата газа при его выходе из криостата при 4,2К (независимо от температуры образца). Мощность охлаждения тратится впустую. Энтальпия газообразного гелия от 4,2 до 300К является весьма высокой — 1542 Дж/г.
В стандартную комплектацию Helitran® входит расширенный поверхностный теплообменник (матричный теплообменник), который обеспечивает эффективный теплообмен между гелием и держателем образца. Жидкий гелий протекает через него, и латентная теплота испарения охлаждает держатель образца. Жидкость испаряется, а газ продолжает течь через теплообменник, обеспечивая дополнительное охлаждение (за счет энтальпии газа) держателя. Если поток оптимизирован, гелиевый газ будет покидать матричный теплообменник с температурой, равной температуре образца. Использование гелия при этом резко уменьшается (см таблицу).
Количество криогенной жидкости, необходимое для охлаждения металлов (л/кг.) до 4,2 К
|
Начальная температура 1 кг меди |
300К |
77К |
|
Конечная температура 1 кг меди |
4.2К |
4.2К |
|
Использование только латентного тепла при парообразовании (неэффективный теплообменник) |
31.1 литр гелия |
2.16 литра гелия |
|
Использования газовой энтальпии (эффективный теплообменник) |
0.79 литра гелия |
0.15 литра гелия |
Из приведенных данных очевидно, что для образца любого размера потребление гелия в первом случае в 40 раз выше, чем при применении матричного теплообменника (при охлаждении от 300 до 4,2 K) и в 14 раз выше — при охлаждении от 77 до 4,2 К.
Температурный диапазон
Работа при температуре ниже 4.2К: при уменьшении давления (с помощью клапана с настраиваемым импедансом) температура гелия падает до 1,8 К. Откачка резервуара, как и в традиционной системе, является не практичной, так как весь гелий испаряется довольно быстро. В Helitran® откачка применяется против клапана сопротивления путем, что снижает давление в гелии при протекании через матричный теплообменник, он и механически соединенный с ним держатель образца охлаждаются ниже 1.8 К.
Работа при температуре 800К: высокая температура может быть достигнута путем добавления опционального теплового модуля, состоящего из сапфира и бескислородной меди высокой проводимости (см. схему). Здесь используется уникальное свойство сапфира — его теплопроводность в диапазоне 4-300К практически равна теплопроводности меди, но при температуре выше 300К он превращается в теплоизолятор. Высокая мощность охлаждения матричного теплообменника защищает криостат.
Температурная стабильность
Обычные проточные гелиевые криостаты потока используют капиллярную трубку в вакуумной оболочке с суперизоляцией, чтобы уменьшить радиационную нагрузку. Однако, гелий поглощает излучение, жидкость испаряется и образует пузырьки газа, которые имеют больший объем. Из-за этого формируется временный блок для потоку жидкости, который называют «привязка паром». При образовании на конце линии передачи это приводит неравномерности в потоке воздушно-жидкостной смеси, из-за чего происходят колебания температуры.
Коаксиальная передающая линия включает в себя изоляцию потока, окружающий его на всей протяженности линии. Для ввода потока в эту коаксиальную линию, трубка снабжена насадкой, которая контролирует давление и соответствующее падение температуры в изоляции потока, который дополнительно охлаждает края потока в центре трубы. Этот переохлаждение предотвращает вскипание и образование пузырьков газа в гелии даже при очень низких скоростях потока. В результате гелий доставляется до образца при нужной температуре, обеспечивая стабильность и дополнительное снижение вибраций.
Преимущества конструкции
Преимущества конструкции криостата Helitran
Преимущества конструкции линии передачи гелия
