Leiden Cryogenics B.V.

Криогенные системы производства Leiden Cryogenics B.V.

О компании

Leiden Cryogenics B.V. - лидер в производстве рефрижераторов растворения

Leiden Cryogenics B.V. – это компания, основанная Джорджио Фроссати и Алексом Кампером в январе 1992 года.
Профессор Фроссати занимается рефрижераторами растворения с 1970 года. Тогда он предложил покрывать теплообменники порошкообразным серебром, что в настоящее время широко применяется во всех коммерческих рефрижераторах растворения.
Им были созданы одни из самых мощных рефрижераторов растворения в мире, позволяющие достигать температур ниже 10 мК. Этим приборам принадлежит ряд мировых рекордов по достижению наиболее низких температур, вплоть до 2 мК в 1977 году, когда профессор Фроссати работал в Centre de Recherche sur les Trés Basses в Гренобле.

В 1980 он стал профессором физики в университете Лейдена, где проводил длительное исследование квантовых жидкостей и твердых частиц при сверхнизких температурах. Там он построил два наиболее мощных рефрижератора растворения, позволяющих достигать температуру ниже 10 мК. Один из них позволял в течении длительного времени удерживать температуру в 1,85 мК, а также имел рекордную мощность охлаждения - 25 мкВт при температуре 10 мК.
В 2007 году Leiden Cryogenics B.V. переехала в новое здание. В настоящее время в этой компании работает 17 высококвалифицированных технических специалистов, разрабатывающих и производящих различные рефрижераторы растворения.

Более подробно с историей компании можно ознакомится на сайте компании: http://www.leidencryogenics.com/company.php

Наша компания является официальным представителем Leiden Cryogenics B.V. на территории России и стран СНГ. Купить криостат растворения можно, обратившись к нашим специалистам.

Система СПГ

Система подачи газа

СПГ стандартной модели CF-650

Все криогенные установки Leiden управляются посредством Системы Подачи Газа (СПГ). Система весьма компактна, имеет пульт управления, панель управления клапанами, насосы и компрессор. Газовая смесь гелия хранится внутри этой системы. Такая схема может быть компактно размещена в любом рефрижераторе растворения.

Система подачи газа Leiden Cryogenics B.V.

На рисунке СПГ установки CF-2500–super, установленной в Лаборатории Линкольна в Лекгсинтоне, США. Система содержит 2 турбомолекулярных насоса (Adixen ATP2300M), установленных в комплекте с Adixen RSV 1003 Roots и Adixen 100L Dry pump. Малый компрессор был помещен сверху Adixen 100L. Максимальная скорость откачки для этой системы составила примерно 9 ммолей/сек.

В состав безмасляной СПГ ³He-⁴He входят следующие компоненты:

- Турбомолекулярный насос
- Сухой откачивающий насос
- Для криостатов замкнутого цикла в составе СПГ имеется малый компрессор
- Манометр Pirani для теплообменника, внутреннего и внешнего вакуумных контуров (IVC и OVC).
- Расходомер
- Ловушка с активированным углем, состоящий из сосуда дьюара с жидким азотом, установленного в насосном отсеке
- Сухая СПГ ⁴He для 1K-емкости для конвекционной системы

- Насосная установка из нержавеющей стали, на колесах, со смесительной камерой, насосами и клапанами, необходимыми для управления рефрижератором растворения. Имеется также запорный клапан, предназначенный для изоляции вставки СПГ
- Трехфазный источник питания (с сентября 2011 за-менен на четырехфазный) с драйвером для LabView
- Микропроцессор, управляющий электрическими клапанами в ручном и автоматическом режимах работы. В комплекте с драйверами для автоматического управления под LabView
- Лаптоп с драйверами под LabView и подходящими интерфейсами

Изображение пульта управления.
Желтым обозначена цепь откачки системы, зеленым - цепь для смеси ³He-⁴He. Криостат растворения полностью автоматизирован – от момента конденсирования смеси до режима нормальной циркуляции. Восстановление смеси может быть также выполнено в автоматическом режиме. Система имеет автоматическую защиту от избыточного давления - столь же надежную, как и механическую, реализованную путем соединения предохранительного клапана со смесительной камерой.

CF-модели

Экраны могут быть
легко смонтированы на стойке

Технические характеристики рефрижераторов растворения Leiden CF-100/250/450/650/1200/2500

- Модуль растворения с 340 мм платформой смесительной камеры. По сравнению с моделью с твердотельным криорефрижератором, модели Leiden CF имеют большую стабильность и меньше подвержены вибрациям. Время охлаждения составляет менее 30 часов; оно может быть дополнительно уменьшено при использовании предварительного охлаждения жидким азотом.
- Теплообменник Джоуля-Томпсона конденсирует смесь.
- Двойной контур конденсации ³Не.
- Платиновые резистивные термометры на 50 К и 3 К платформе, термометр RuO на теплообменнике и 3 К сорбционном насосе. Калиброванные резистивные термометры сопротивления Шпеера на пластине смешивающей камеры.
- Один 50 мм порт для введения зондов пользователя, направленный к 3К-пластине. Количество портов может быть увеличено до трех.
- Опционально: загружаемые сверху зонды для быстрой замены образцов
- Возможность вставки исследуемого образца в магнит (индуктивностью до 9 Тл), размещенный на экране теплообменника или внутреннем вакуумном контуре. Вектор намагничивания может быть XY или XYZ.


Основные размеры рефрижератора растворения замкнутого цикла производства Leiden	Криостат растворения замкнутого цикла с векторным магнитом 9-3 в разрезе

Криостаты растворения замкнутого цикла Leiden

		Извлекаемый зонд
Схема CF-криостата с извлекаемым зондом и магнитом на 10 Тл, присоединенным к экрану теплообменника	Криостат CF с магнитом на 10 Тл, присоединенным к экрану теплообменника

Высокая мощность охлаждения

Мощность охлаждения в смесительной камере рефрижератора растворения Leiden CF 650 сравнима с мощностью охлаждения зонда. Красные точки показывают мощность охлаждения смесительной камеры в моменты, когда тепло вырабатывается самой смесительной камерой. Синими треугольниками показано тоже самое, но тепло вырабатывается зондом. Зелеными треугольниками и черными квадратами показана мощность охлаждения проводящих и не проводящих тепло зондов соответственно.

Сверхнизкие вибрации

Вертикальные колебания измерялись на пластине смесительной камеры LC криостата замкнутого цикла при температуре 12 мК. Результаты приведены на диаграмме слева. Измерения проведены с помощью Geophone GS-11D, который был закреплен на пластине.
Эти результаты показывают превосходство этой криосистемы над предыдущими, что достигается благодаря линейному импульсу для привода (синусоидальная волна вместо стандартного миандра) и 66 см шлангу между ним и 1,5 Вт пульсационной трубки Cryomech. Шланг выходит из двигателя вертикально и делает полукруг, после чего вставляется вертикально в пульсационную трубу.
Максимальная амплитуда колебаний составляет 90 нм на 7,8 Гц.

Предварительные результаты измерения на сканирующем зондовом микроскопе с АСМ Attocube

АСМ установлен на пружинах, уравновешенных за счет обернутой вокруг них тефлоновой ленты. Сами пружины установлены на пластине смесительной камеры рефрижератора растворения (Модель: Leiden CF-450).
Сканер шумов, записывающий при 3,1 K, показывает 169 пм среднеквадратичных z-шумов с выключенной пульсирующей трубкой. Переключение пульсирующей трубки имеет очень низкую связь с уровнем вибраций в системе, например, среднеквадратичный уровень z-шума составляет всего 224 пм. Шумовое воздействие при измерении столь мало, что на изображении едва заметно включение PTC (верхние 2/3 изображения).
FFT показан выше при выключенной пульсирующей трубке (красная кривая), и при включенной (черная кривая) Основные изменения заметны при частотах ниже 10 Гц, а также при 51 Гц и 141 Гц.

Системы c высокой мощностью охлаждения


Leiden CF-2500 в MIT Лаборатории Линкольна (Уилл Оливер). Параметры: Tmin = 4,6мК; мощность охлаждения: 1,6 мВт при 100 мК; 2,5 мВт при 120 мК.	Leiden CF-3000 для CUORE (Гран Сассо) Параметры: Tmin = 5,26мК; Мощность охлаждения: 2 мВт при 100 мК; 3 мВт при 123 мК.

CUORE (Криогенная Подземная Обсерватория для Редких Явлений) выполняет эксперименты с 988 кристаллами TeO₂ с суммарной массой 750 кг, которые должны быть охлаждены до температур ниже 10 мК. Поступающая смесь из рефрижератора растворения предварительно охлаждается двумя криостатами PT415 производства CRYOMECH на пульсационных трубках. Три таких же криостата будут использоваться для предварительного охлаждения экранов.

Специальные системы замкнутого цикла


CF 3K 2-векторный Магнит 9-3Tл (AMI) CF-векторный магнит, размещенный во внутреннем вакуумном контуре с газообменом. Эта система может использоваться с загружаемым сверху рефрижератором растворения Leiden MCK50-CF или с низкотемпературным зондом при 3 К.	Cистема с рефрижератором растворения Leiden CF-450, реализованная в одной вакуумной камере. Клиент: Сиднейский Университет Алекса Хэмилтона, Австралия.	Leiden CF-450 7-2-2 векторный магнит (Cryogenic Limited, UK) Трехосевой магнит присоединен снизу к внутреннему вакуумному контуру. Центр магнита может быть достигнут при использовании зонда с холодным пальцем.

Leiden MCK

Криостаты растворения Leiden MCK

Характеристики криостата:

- Рефрижератор растворения с внешним диаметром φ = 50/76 мм и с внутренним вакуумным контуром с внешним диаметром 50/76 мм соответственно, в том числе 1К-емкость.
- Пластиковый модуль растворения с полезным внутренним пространством диаметром 24 мм и длиной 40 мм.
- Минимальная температура внутри смесительной камеры < 25/18 мК. Мощность охлаждения внутри смесительной камеры составляет 100/400 мкВт при 120 мК (± 10 %).
- Смазанный конический разъем для доступа к жидкости в смесительной камере. Для измерений вне смесительной камеры опционально поставляется конический разъем с холодным пальцем.
- Три пустых трубы диаметром 10 мм во внутреннем вакуумном контуре. Одна из них используется под провода.
- 1K-емкость и резистивные сенсоры теплообменника (с обычной калибровкой).
- Калиброванный сенсор смесительной камеры
- 2 коаксиальных кабеля для измерения уровня жидкости в теплообменнике
- 6 проводов типа «витая пара» для смесительной камеры, сорбционного насоса и нагревателя теплообменника
- 48 экранированных витых провода из фосфорной бронзы термически соединенных с 1K-емкостью помещенных вне рефрижератора растворения. 8 проводов используются для 1К–емкости и MC сенсоров.

Все Leiden MCK модели теперь доступны в исполнении "Cryogen-Free"

На рисунке приведена фотография комбинации 16 Тл криогенных магнитов, охлаждаемых двумя криорефрижераторами PT415 производства CRYOMECH на пульсирующих трубках, и рефрижератора растворения Leiden MCK50-400-CF.

Tmin < 35 мК.

Производительность


Рис. 1. Время охлаждения моделей Leiden МСК.	Рис. 2. Мощность охлаждения моделей Leiden МСК.
	Leiden MCK50-100 для исследования рассеивания Мю-мезонов Leiden MCK может быть приспособлен для экспериментов по рассеиванию мю-мезонов. Вкладыш интегрируется в дюар с алюминиевой частью с окнами прозрачности.
Leiden MCK50-500-HMF (с высоким магнитным полем) Модуль рефрижератора растворения с 18-мм пластиковым расширением в нижней части, необходимым, чтобы создать мощное магнитное поле в нижней части внутреннего вакуумного контура с внутренним диаметром 21,5 мм. Рабочая область с внутренним диаметром 14 мм внутри расширения смесительной камеры выше pin-порта, и внешним диаметром 15,2 мм. Минимальная температура внутри смесительной камеры не превышает 30 мК в тестовом пространстве. Минимальная температура в смесительной камере без нижней части не превышает 20 мК. В комплекте есть конический коннектор, необходимый для размещения образца вверху смесительной камеры, когда нижняя часть не используется, и маленький конический коннектор, используемый при размещении образца у основания нижней части. Мощность охлаждения смесительной каме-ры в верхней ее части составляет примерно ~550 мкВт при 120мК (±10 %). В тестовом пространстве, у основания нижней части, мощность охлаждения превышает 100 мкВт.

Leiden MNK

Криостаты растворения Leiden MNK

Модели Leiden MNK включают в себя:

- Модуль рефрижератора растворения с внешним диаметром 126 мм и с 109-мм внутренним вакуумным контуром.
- Серебряный теплообменник рефрижератора растворения со смесительной камерой диаметром 94 мм с позолоченной медной основой. Минимальные температуры снаружи смесительной камеры составляют 18, 15, 7 и 6 мК с соответствующей внешней мощностью охлаждения 100, 250, 500 и 700 мкВт при температуре 120 мК (± 10 %).
- Три 17-мм пустых трубы во внутреннем вакуумном (одна из них используется для проводов).
- 1K-емкость и резистивные термометры теплообменника (с обычной калибровкой).
- Откалиброванный термометр смесительной камеры.

- 48 экранированных проводов из фосфорной бронзы типа «витая пара» (два 24-пиновых разъема Фишера), присоединенных к 50мК-пластине или смесительной камере (8 проводов используются для термометров в смесительной камере, теплообменнике и 1К-емкости).

- 6 проводов с разъемами Фишера для нагревателей теплообменника, смесительной камеры и сорбционного насоса.
- 10 гибких коаксиальных кабелей, соединенных с теплообменником или 1К-пластиной (два используются для измерения на теплообменнике).
- двойная цепь 1К-емкости с аварийным клапаном и двойной цепью конденсации ³He. Экраны излучения на теплообменнике и 50мК-пластине (покрытые золотом).

Производительность


Рис. 1. Мощность охлаждения Leiden MNK	Рис. 2. Зависимость температуры от потока

Дополнительно:

- Алюминиевый суперэкранированный дюар для жидкого гелия объемом 73,5 литра (со средним уровнем статических потерь 0,4 л/час).
- Алюминиевый экранированный дюар для жидкого азота объемом 73,5 литра (со средним уровнем статических потерь 0,5 л/час).
- Мост сопротивления переменному току модели AVS-47 с драйверами LabView.
- Оптический экранированный компьютерный интерфейс IEEE AV-47 IB.
- Фланец из нержавеющей стали со скользящим уплотнением. В его состав входят радиационные экраны.
- Сверхпроводящий измеритель уровня с контроллером.
- 24 экранированных провода из фосфорной бронзы типа «витая пара» с разъемом Фишера.

Leiden DRS

Криостаты растворения Leiden DRS

Технические характеристики рефрижераторов растворения Leiden DRS 1000/2000/4000

- Модуль рефрижератора растворения диаметром 220 мм с 200-мм внутренним вакуумным контуром.
- Серебряный теплообменник рефрижератора растворения со 174-мм смесительной камерой с основой из позолоченной меди.
- Мощность охлаждения снаружи смесительной камеры – 8 мкВт при 12 мК, 100 мкВт при 34 мК и 1 мВт при 120 мК (значения могут изменяться от системы к системе на ~10%).
- Минимальный характерный уровень температуры - ~3 мК (гарантируется 5 мК).
- Центральная 50 мм полая труба обеспечивает доступ снаружи смесительной камеры.
- Три пустых трубы диаметром 25 мм к ванной с гелием, одна из которых соединена с внутренним вакуумным контуром, и частично используется под провода. При необходимости, обе оставшиеся трубы также могут быть соединены с внутренней вакуумной цепью.
- 48 экранированных провода из фосфорной бронзы типа «витая пара» (в двух 24-пиновых с разъемами Фишера), соединенных с 50мК-пластиной или смесительной камерой (10 проводов используются для тер-мометров смесительной камеры, теплообменника и 1К-емкости).
- 10 гибких коаксиальных кабелей, соединенных с теплообменником (2 используются для измерения уров-ня жидкости в теплообменнике).
- 6 проводов из фосфорной бронзы типа «витая пара» с разъемом Фишера используются для нагревателей теплообменника и смесительной камеры.
- Измеритель уровня жидкости внутри теплообменника.
- Резистивный термометр в теплообменнике и 1К-емкости с обычной калибровкой. Термометр калиброванного сопротивления и нагревателя снаружи смесительной камеры.
- Аварийный клапан в 1K-емкости и двойная цепь конденсации.
- Позолоченные экраны в пластинах 700 мК и 50 мК.
- Радиационные экраны на теплообменнике и 50мК-пластине (позолоченные).

Производительность


Рис. 1. Зависимость температуры от потока.	Рис. 2. Мощность охлаждения

Дополнительно

- Пароэкранированный дюар для модели DRS на 150 литров.
- Медный ядерный каскад размагничивания со сверхпроводящим выключателем и возможностью установки серебряного холодного пальца над ядерным каскадом.
- Область с малым полем выше каскада.
- Ячейка Померанчука для исследований в жидком ³He при температурах до 1 мК.
- Идеальный для охлаждающих электронов.
- AC мост сопротивления модели AVS-47 с драйверами LabView.
- Оптический экранированный компьютерный интерфейс IEEE AV-47 IB.
- Возможно добавление 24 экранированных провода из фосфорной бронзы, соединенных с 50мК-пластиной.
- Возможно добавление 12 коаксиальных кабелей с разъемом MCX, соединенных с 1К-емкостью.
- Фланец из нержавеющей стали со скользящим уплотнением. В его состав входят радиационные экраны, четыре 13-мм порта и порт вывода (для поставки без магнита).
- Гибкая линия передачи из двух частей, со штыковым соединением и затвором.
- Измеритель уровня гелия модели HLG 200 и 2 м зонд. (для поставки без магнита).
- Вставляемый сверху детектор.
- Размагничивающий магнит.

мкК-системы

Криостаты для достижения температур порядка микрокельвин (каскады ядерного размагничивания)

А. Ядерный каскад размагничивания от конвекционного рефрижератора растворения. Размагничивающий магнит (9 Тл) совмещен с 2-х осевым векторным магнитом (8-4 Тл).

Минимальная достигнутая температура в университете Вены (Австрия) – менее 60 мкК.

В. Система ядерного размагничивания, расположенная в институте ТАТА (Мумбаи).

Минимальная достигнутая температура – менее 40 мкК.

Сверху изображен предварительный тест ядерного каскада в безжидкостной системе, проведенный в Leiden Cryogenics.