Холодопроизводительность к температуре

Отношение холодопроизводительности к температуре He³ (SV std) 

Экранный снимок криостата

Экранный снимок сделанный во время теста криостата с с/н 3895

He3

Преимущества He3 систем от CIA

Быстрый доступ к образцу:

Конусообразное уплотнение со смазочным материалом обеспечивает лёгкий и быстрый доступ к образцу. Вакуумная непроницаемость создаётся благодаря нанесению на уплотнение тонкого слоя кремниевой вакуумной смазки, после чего высокоточные элементы состыковаваются. После этого выполняется откачка с использованием вакуумного насоса. После охлаждения уплотнитель замерзает, создавая таким образом необычайно прочную и надёжную изоляцию. Удаление вставки из дьюара вызывает нагрев уплотнителя и возврат смазки к нормальному состоянию; таким образом, детали можно с лёгкостью разъединять, что облегчает и ускоряет доступ к образцу. Детали уплотнителя создаются на высокоточном оборудовании ЧПУ, поэтому стыковочные части отличаются качеством и надёжностью.

Предварительное охлаждение тёплого десорбированного газа:

Тёплый газ из дегазированного абсорбента направляется через встроенный 4К-теплообменник и охлаждается до 4.2K перед тем как достичь объема 1K POT. Это повышает эффективность конденсации при минимальном увеличении температуры во время повторной конденсации и позволяет сделать быстрый анализ образца при долгом удержании на первом же цикле.

Специальный разъем:

На случай, если в дальнейшем понадобится верхняя загрузка образцов в жидкий He³, в уже систему встроены соответствующие порты.

Совместимость с магнитным полем:

Система производится из немагнитной нержавеющей стали, меди и прочих совместимых с магнитным полем материалов. В системе широко применяются производимые из немагнитной нержавеющей стали и прочих совместимых с магнитным полем материалов температурные датчики с низкой магнитной погрешностью. При необходимости система может работать в магнитном поле.

Специально спроектированная электроника, облегчающая и ускоряющая прокладку и демонтаж проводов, а также автоматическое термальное заземление:

Гибкие печатные платы связаны с объемами Не³ POT и 1K POT. Провода, припаянные к печатным платам – автоматически термально заземляются. Нужно просто прижать конец провода низковаттным паяльником к термически закреплённой цепи; подсоединить провод к одному концу цепи и протянуть его до источника питания. Монтаж, модификация и удаление проводов (в т.ч. теплоотводящих) стал быстрым, автоматизированным и простым.

Передовая технология сорбционной откачки:

Передовая разработка - синтетический уголь - повышает скорость откачки, что снижает базовую температуру и увеличивает охлаждающую мощность.

Универсальное независимое угольное охлаждение:

Уголь можно охлаждать динамическим потоком, статичным обменным газом или погружением в жидкий гелий. Выберите технику охлаждения, которая лучше подходит к габаритам оборудования и вашим научным потребностям. Динамический поток подходит для самых низких тем-ператур, самых высоких скоростей откачки и применения в условиях низкого уровня гелия, либо температурно-стратифицированных дьюаров. Поток регулируется с помощью «угольного игольчатого клапана». Статичный обменный газ обеспечивает высокую температурную стабильность (изменяйте температуру образца эффективнее, регулируя скорость накачивания изменением температуры угля, вместо нагревания образца), самый низкий уровень вибрации и прост в эксплуатации. В крайнем случае, просто погрузите контейнер с углём в жидкий гелий – это универсальный и достаточно эффективный метод.

Вечный запас Не³:

Вмонтированный в верхнюю часть вставки резервуар с Не³ – решает эту проблему.

Простота эксплуатации:

Работать с этой системой с лёгкостью научатся даже студенты. Типовая установка уста-навливается в стандартный дьюар с горлышком диаметром 50 мм. Отсутствие необходимости регулировать га-зовые потоки и скользящее уплотнение позволяют медленно вставлять или вынимать систему из дьюара в любой момент времени без существенных потерь жидкого гелия. Система не только подходит для быстрого изучения образцов, но может быть даже сконфигурирована со сверхпроводящим магнитом.

Уровнемер для конденсационного горшка 1K (опция):

Чтобы охладить газообразный Не³ ниже температуры конденсации, маленький резервуар, под названием «1K POT», содержащий Не⁴ откачивается с помощью внеш-него насоса. Температура жидкого He⁴ в «1K POT» как правило составляет 1.4 K. Основная его функция «горшка» - конденсировать газ He³. Таким образом горшок позволяет снизить потенциальный теплообмен с образцом. 

Игольчатый клапан регулирует поток жидкого Не⁴ от основного объема к 1K POT. Скорость потока может быть отрегулирована так, чтобы уравновешивать скорость расхода – сохраняя низкую температуру горшка.

Высочайшая производительность и самые низкие базовые температуры достигаются путём оттока от конденса-ционного горшка; однако раньше Не⁴ мог закончиться в самое неудачное время. Благодаря этой опции вы всегда будете знать уровень жидкости в 1K POT! Студентам (и учителям) больше не нужно это угадывать. Уровень жидкого гелия и температура в 1К POT, а также температура Не³ POT показываются на цифровом дисплее по запросу – это эксклюзивная функция приборов компании CIA!

Новейший прибор для контроля уровня жидкого гелия специально разработан для работы со сверхтекучим от-качиваемым жидким гелием при температурах ниже 2K:

Чтобы свести к минимуму потери жидкого гелия и поступления тепла к 1K POT, прибор автоматически заряжает датчик уровня жидкого гелия через определяемые пользователем временные интервалы и отслеживает нор-мальную (резистивную) зону по ходу её продвижения с верхней части датчика к поверхности жидкости. Как только нормальная зона достигает поверхности жидкости, показатели уровня сохраняются, и питание к датчику отключается до следующего запроса.

Интервалы замеров можно настраивать вручную с передней панели контроллера. Переключатель ручной кор-рекции так же может быть настроен на получение непрерывной информации во время наполнения горшка или для немедленного проведения измерений по команде пользователя. Прибор оснащён автоматическим сенсо-ром уровня гелия для защиты от вакуумного выгорания.

4-значный цифровой светодиодный экран показывает уровень жидкого гелия в дюймах, сантиметрах или про-центах (устанавливается переключателем на передней панели). Монитор имеет установки аварийных сигналов, активирующие предупреждающие светодиодные индикаторы и релейные выходы задней панели. Сигналы также активируют звуковую сигнализацию, которую можно заглушить через переднюю панель. Установки “слишком высокий” и “слишком низкий” – программируются пользователем в диапазоне от 0 до 100 процентов активной длины сенсора.

Встроенный Не3-резервуар: газообразный Не³ хранится внутри, во встроенном газовом резервуаре, пока вставка не используется. Таким образом в приборе нет ни насосов, ни, как следствие, потерь Не³. при охлаждении он конденсируется и охлаждает образец. 

Встроенные абсорбционные угольные насосы накачивают жидкий Не³, понижая температуру. Высокая скорость накачивания достигается благодаря близкому расположению угольного крионасоса к жидкому He³ и применением синтетического угля.

He3 SV

He³ (SV) образец в вакууме

Вставка He³-SV – стандарт среди вставок типа «образец в вакууме». Она легко загружается сверху в дьюар или сверхпроводящую магнитную систему.

Фото сделано во время тестирования криостата с с/н 3913. Слева температура образца, справа - температура крионасоса.

He3 Pro

HELIUM-3 PRO - криостат He3 с системой «образец в вакууме»

Нанотехнологии создают определённый спрос, поэтому мы модифицировали самый популярный погружной криостат CIA на Не³ - модель CNC - таким образом, чтобы представить самую дешёвую Не³ систему в мире.

Причина высокой стоимости многих криостатных систем состоит в том, что они выпускаются в единственном экземпляре. Объём позволяет сэкономить на производственных затратах! Вставка «Pro» производится поточно, а значит, в больших объёмах. Это позволяет экономить 40% стоимости, и даже больше, по сравнению со схожими системами, и эту экономию мы передаём вам! Зачем задерживать ваши эксперименты на месяцы, в ожидании финансирования?

Вопросы и ответы

Вопрос. В чём разница между вставкой Pro и стандартной вставкой He³?
Ответ. Разницы нет, это один и тот же криостат, за исключением того, что у стандартного криостата есть дополнительные приспособления, а также того, что его размеры можно полностью настроить при заказе и отрегулировать после тестирования.

Вопрос. Можно ли изменять параметры Pro-версии?
Ответ. Нет, можно отрегулировать только длину погружного криостата.

Вопрос. Какова базовая температура?
Ответ. Система Pro тестируется индивидуально, чтобы гарантировать достижение базовой температуры менее 300 мК.  

He3 VTI

HELIUM-3 модуль для вставок переменной температуры (VTI)

Модель «He³-VTI» подходит к стандартным вставкам переменной температуры с динамичным потоком газа (VTI). Рефрижератор He³ загружается сверху в трубку для образца на VTI таким же образом, как стандартная проба для образца.

Вставка He³ охлаждается потоком жидкого He⁴ в трубе для образца. Откачка гелия в трубе даёт охлаждение до температуры, необходимой для конденсации Не³. После выполнения конденсации, поток VTI охлаждает угольный криогенный насос, что даёт высокую скорость откачки и температуры ниже 300 мК.

Стандартное уплотнение с вакуумной смазкой даёт возможность быстро получить доступ к образцу. Хранилище He³ – встроено в систему, благодаря чему не требуется система подачи газов.

He3 SV4

HELIUM-3 модуль со встроенным резервуаром жидкого Не4

Модель «He3-SV4» снабжена встроенным резервуаром для жидкого гелия. Резервуар подаёт жидкий Не⁴ в 1K POT и для конденсации газа He³. Идеально подходит для условий, в которых затруднён доступ к основному объему жидкого гелия. Резервуар Не⁴ наполняется извне с помощью линии передачи с вакуумной изоляцией.

Адаптер-наполнитель автоматически отделяет тёплый Не⁴, чтобы долив можно было произвести в любое время, не перемещая передающую линию. Это позволяет ей постоянно находится в одном положении, пользователь только открывает или закрывает клапан. Резервуар газа He³ – также встроен в систему, ликвидируя необходимость системы распределения газов.

Системы идеально подходит для применения в камерах сверхглубокого вакуума, в паре со сверхпроводящими магнитами, в т.ч. с отверстиями комнатной температуры, или любых других местах, где может потребоваться.

He3 TL

Модель HELIUM-3 (TL - «Top-Loading»)

Вставка «TL» разработана для быстрой смены образцов; образец можно вынимать и вставлять непосредственно в Не³, не нарушая температурный режим.

Простота эксплуатации:

Держатель для образца просто загружается и вынимается, с ним может работать один оператор. Он жёсткий и устойчивый к сгибанию. Нижняя часть (область He³) имеет высокую теплоизоляцию и повышенную жёсткость.

Тепловые контакты скользят легко, сохраняя отличный контакт. К тому же они не застревают при загрузке и выгрузке зонда. Прибор прост в эксплуатации и устойчив к повреждениям (и студентам)!

Простая и быстрая смена образца – доступ к образцу быстр и легок:

1. Подсоедините зонд образца к верхней части криостата с помощью быстрого зажима.
2. Откачайте воздух вокруг образца.
3. Охладите крионасос, чтобы поглотить газообразный He³.
4. Откройте запорный клапан и введите образец.

Образец можно извлекать и вставлять непосредственно в He³, пока образец холодный. 

Быстрое охлаждение (при необходимости):

После введения образца, крионасос начинает выделять газ. 1K POT охлаждается, и температура образца падает от комнатной до менее 1.5K менее чем за час. Затем, закрыв наполненный 1K POT и откачивая газ из крионасоса, можно охладить образец до базовой температуры меньше чем за 30 мин.

Передовая технология угольного крионасоса:

Передовые открытия в области конструирования сорбционных насосов были использованы при создании вставки «He³-TL», чтобы снизить базовую температуру и увеличить холодопроизводительность. Технология сорбционных насосов в сочетании с технологией CIA ‘performance by design’ предлагает непревзойдённую производительность. 

Независимая регулировка крионасоса и He³ – крионасос не имеет связи с образцом или 1K POT, поэтому независимо от температуры образца, газ можно удерживать в крионасосе, либо изменять давление газа, регулируя его температуру. При повышенных температурах можно поддерживать очень глубокий вакуум, что важно в некоторых областях применения.

Независимое охлаждение угольного крионасоса регулируется через отдельный игольчатый клапан, обеспечи-вающий лёгкое переохлаждение до 2K, что в итоге обеспечивает высочайший уровень производительности на рынке. Независимое охлаждение означает, что холодный уголь независим от высоты уровня жидкого гелия в дьюаре. Переохлаждение имеет большое значение для систем с верхней загрузкой - гораздо большее, чем для систем с образцом в вакууме. Для достижения самых низких температур лучше всего подходит крионасос, охлаждённый до 1.7-1.8K.

Точный и эффективный контроль температуры – ещё одно преимущество изолированного и независимого охлаждения. Тонкая регулировка температуры угля позволяет варьировать температуру на наконечнике, не нарушая температурный режим.

Охлаждение угля происходит при непосредственном контакте с потоком жидкого Не⁴. Эффективность термоконтакта обусловлена отсутствием теплового взаимодействия, например, с катушками охлаждения. Площадь теплового контакта между потоком жидкого He⁴ – очень велика.

Динамический поток обеспечивает самые низкие сорбционные температуры, высочайшую скорость откачки и эксплуатацию при низких уровнях гелия или с температурно-стратифицированными дьюарами.

Предварительное охлаждение тёплого десорбированного газа:

Тёплый газ с дегазированного абсорбента идёт через встроенный теплообменник и охлаждается до 4.2K, прежде чем попасть в 1K POT. В результате возрастает эффективность конденсации при минимальном росте температуры, что обеспечивает быстрый анализ образца при долгом времени удержания на первом же цикле.

Совместимость с магнитным полем:

В системе широко применяются производимые из немагнитной нержа-веющей стали и прочих совместимых с магнитным полем веществ температурные датчики с низкой магнитной погрешностью. При необходимости система может работать с магнитным полем.

Специально спроектированная электроника, облегчающая и ускоряющая прокладку и демонтаж проводов, а также автоматическое термальное заземление:

Монтаж, модификация и удаление проводов (в т.ч. теплоотводящих) стал быстрым, автоматизированным и простым. Это достигается благодаря использованию специальных плат, а также удачной конструкции.

Разъемная прямоугольная секция позволяет провести даже крупные экспериментальные провода от образца до внешнего разъема. Через эту секцию можно сменить проводку на провода с меньшим диаметром и низкой теплопроводностью. Трубки для образца большего диаметра (можно выбрать 25 мм или 40 мм) обеспечивают удобство и широкие возможности при прокладке проводки, предоставляя поистине непревзойденную универ-сальность без ограничений, накладываемых другими системами.

Внешняя система подачи газа с крионасосом (std) или пластинчато-роторным насосом с активной изоляцией для легкого перемещения газа He³ между резервуаром и вставкой.

Во вставках системы верхней загрузки образец располагается непосредственно в He³. Система подачи газа по-ставляется в комплекте с криостатом «He³ TL». Наш пластинчато-роторный насос или крионасос с лёгкостью пе-ремещают газ со вкладыша к предоставляемому резервуару.

Уровнемер для конденсационного горшка 1K (опция):

Чтобы охладить газообразный Не³ ниже температуры конденсации, маленький резервуар, под названием «1K POT», содержащий Не⁴ откачивается с помощью внешнего насоса. Температура жидкого He⁴ в «1K POT» как правило составляет 1.4K. Основная его функция «горшка» - конденсировать газ He³. Таким образом горшок позволяет снизить потенциальный теплообмен с образцом. Игольчатый клапан регулирует поток жидкого Не⁴ от основного объема к 1K POT. Скорость потока может быть отрегулирована так, чтобы уравновешивать скорость расхода – сохраняя низкую температуру горшка.

Преимущества данной системы:

1. Держатель для образца просто загружать и разгружать; для работы с ним достаточно одного оператора, держатель имеет жёсткую конструкцию, не застревает при погрузке, а его нижняя часть – не сгибается

2. He³, независимый контроль: Насос не имеет связей ни с образцом, ни с 1K POT, поэтому вне зависимости от температуры образца газ можно хранить абсорбированным в угле, либо регулировать давление газа, изменяя температуру насоса. При работе в более высоких температурах можно достичь очень глубокого вакуума, что очень важно для некоторых сфер применения. 

3. При желании возможно охладить образец до 1.5K с комнатной температуры меньше чем за час. От 1.5К до базовой температуры - менее чем за 30 минут

4. Закрытый POT работает примерно 24 часа. Жидкий He³ может сохраняться дольше, и POT можно наполнить с кратковременным и незначительным увеличением температуры образца. К примеру, можно нагреть образец до 0.6K на несколько минут, чтобы не выкипел весь жидкий He³, а затем образец снова охладится, если его не нагревать. 

5. Поведение системы - предсказуемо, она охлаждается, нагревается и т.д. именно так, как можно ожидать. При нагревании крионасоса можно закрыть игольчатый клапан и не использовать жидкий гелий вообще.

6. Переохлаждение насоса имеет большее значение, чем можно подумать. Если нужно достичь температуры 0.4K, то это не важно. Но достижение более низких температур требует его охлаждения до 1.7-1.8K. 

7. Большое количество проводов и вместительная камера для образца позволяют делать измерения безо всяких ограничений. 

8. Опыт показывает, что в большую 38 мм трубу для образца можно установить 34 провода. Образец находится на 63 мм выше нижней точки трубки для образца, при этом мощности легко хватает на охлаждение до 0.3K. 

Система подачи газа для модели HELIUM-3 TL

Образец погружается непосредственно в Не³, поэтому необходимо тщательно следить за системой, чтобы избежать потерь He³. Пластинчато-роторный насос со специальной изоляцией, или внешний криогенный насос, упрощают перемещение He³ из вставки к предоставленному транспортному резервуару.

Во время цикла работы He³ абсорбируется угольным насосом. Таким образом, при вводе и извлечении образца, газ не расходуется, поскольку весь находится в угле. Когда система выключается и нагревается, He³ десорбируется из угля. Затем газ от-качивается в транспортный резервуар через криогенный или пластинчато-роторный насос.

Криогенный насос:

Жидкий Не⁴ охлаждает внешний угольный насос. Газообразный He³ вытягивается забирается из камеры для образца во внешний угольный криогенный насос, после чего он выпускается в транспортный резервуар.

Пластинчато-роторный насос:

He³ перемещается из вставки для образца в транс-портный резервуар путём включения пластинчато-роторного насоса, со специальной изоляцией во избежание потерь He³.

Для стандартного дьюара

Модель HELIUM-3 (TL), установленная в стандартный оптический дьюар CIA

Для оптического дьюара

HELIUM-3 (SV), установленная в высокоэффективный оптический дьюар CIA

Для дьюаров со СП магнитами

Система HELIUM-3 (SV), установленная в алюминиевом/оптоволоконном "bel-ly"-style пароэкранированном дьюаре со сверхпроводящим магнитом

Система HELIUM-3 (TL), установленная в дьюар со сверхпроводящим магнитом CIA SM6 с горизонтальными полем и оптическим доступом