Области применения

Конфигурация

Стандартная конфигурация

• Охлаждающая головка (LT3-WMX-1)
• Коаксиальная передающая линия
• Инструментальная юбка из нержавеющей стали
• Адаптер для Дьюара
• Панель контроля потока для оптимизации расхода гелия
• Сварной вакуумный экран из нержавеющей стали для оптических и электрических экспериментов (WMX-1SS)
• Комплект для измерения и управления температурой:
  • 10-пиновый герметичный ввод питания
  • 36-омный нагреватель из термофольги
  • Сенсор на кремниевом диоде для управления температурой с точностью до ±0,5 К
  • Калиброванный диодный сенсор с 4-дюймовыми свободными окончаниями для измерений температуры образца с точностью до ±12 мК
• Провода для электрических экспериментов
  • 10-пиновый герметичный ввод
  • 4медных провода
• Держатель образца для оптических и электрических экспериментов
• Температурный контроллер

Опции

• Передающая линия для большего потока гелия
• Высокотемпературный интерфейс (450К и 800К)
• Нестандартные температурные сенсоры
• Нестандартные провода к образцу

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

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