173086. lajstromszámú szabadalom • Hélumkriosztát modulelemekből, különböző minták széles hőmérséklettartományokon belül végzett vizsgálatára, a mintatartók és minthűtők variálásával
7 173086 8 zott belső 61 henger és a külső 62 köpeny elektrolitikus rézből és a jó hőátadás érdekében szorosan illeszkedik egymáshoz. A 61 henger középső furatához a folyadék, 43 levezetőcső, felső részéhez pedig három, egymástól 120°-ra elhelyezett 72 gázelvezetőcső csatlakozik. A külső 62 köpeny alsó furatához menetes mintatartó 64 henger csatlakozik, mely alul menetes 66 fenékkel van lezárva. A 64 hengerben van elhelyezve a poralakú polikristályos, 65 minta. A 62 köpeny alsó palástjához levehető 68 fenékkel ellátott árnyékoló 67 bura csatlakozik. A 68 fenékkel ellátott árnyékoló 67 bura homogén hőmérsékletű teret biztosít a polikristályos 65 minta környezetében. A 62 köpeny felső palástján elektromos 63 fűtőtekercs van elhelyezve. A minta és a mintahűtő környezetében három 60—71 hőérzékelő van elhelyezve. A 69 hőérzékelő a bordázott belső 61 henger, a 70 és 71 hőérzékelő pedig a polikristályos 65 minta hőmérsékletét méri. A folyékony He4 hűtőközeg a bordázott belső 61 henger központi furatán áramlik a mintahűtő alsó szintjébe és onnan sugárirányban a külső 62 köpeny belső felületéhez jut. A 61 henger bordáin az átömlő nyílások igen kicsiny áramlási ellenállást képviselnek és igen előnyös hőmérsékletszabályozási feltételeket biztosítanak. A gőz-, vagy gázállapotú hűtőközeg a mintahűtő felső részéhez kapcsolódó három gázelvezető 72 csövön távozik a mintahűtőből (6. ábra). A 7. ábra szerinti, optikai mérésre alkalmas gázáramos zárt nem fém csőkamrájű mintahűtő olyan méréseknél használható, amelyek nem igénylik a belső fényáteresztő felületek párhuzamosságát. Az optikai mérések egyik fontos jellegzetessége a 87 minta nagy hőterhelése és közepes, vagy rossz hővezetési tényezője. Ezért a 7. ábra szerinti mintahűtő közvetlen hűtőközeg áramlást biztosít a 87 minta és a kétrészes 86 mintatartó környezetében. Az optikai mérések másik jellegzetessége, hogy kizárólag egyfázisú gőz-, vagy gázhűtést igényelnek. Az ismert optikai kriosztátok hátránya, hogy a minták cseréjénél a kriosztát hőszigetelő vákuumterét meg kell bontani. Ez a körülmény a mintacserét igen lassúvá, a kriosztát szerkezetét komplikálttá és annak üzemeltetését nehézkessé teszi. A 7. ábrán látható mintahűtő megoldással a fenti hátrányok elkerülhetők. A folyékony He4 hűtőközeg a mennyiségi szabályozásra alkalmas tűszelepen és a folyadék 43 levezetőcsövön keresztül a háromrészes bordás elpárologtató 79 felső részébe jut. Az elpárologtató 79 felső-, 80 közép- és 81 alsórészének egymással érintkező palástfelületeit zsugorillesztéssel kell elkészíteni és kívülről befelé haladva a belső rész -196 °C-ra való lehűtése után kell összeállítani. A melegítéssel történő szerelést feltétlenül el kell kerülni, mert az oxidálja a sugárirányú hőátadó felületeket, így megnöveli a hővezetési ellenállást. A 79 felsőrész bővülő nyílásától a hűtőfolyadék sugárirányú csatornákon a 80 középrész bordázott külső felületéhez, majd a bordák külső felületén levő axiális réseken át fentről lefelé, a sugárirányú furatokon keresztül pedig kívülről befelé áramlik a 81 alsórész bordázott felületére. A 81 alsórész bordáinak külső felületén levő tengelyirányú réseken keresztül a hűtőközeg lentről felfelé áramlik, a 81 alsórész felső végén kiképezett sugárirányú csatornákon, majd a 81 alsórész furatán és a furathoz kapcsolódó 84 diffúzoron át a mintahűtő 85 csőkamrába jut. A He4 hűtőközeg elpárologtatásáról és kívánt mértékű felmelegítéséről a 79 felsőrész palástján elhelyezett elektromos 82 fűtőtekercs gondoskodik. Az elpárologtató 81 alsórészéhez kemény forrasztással kővár 83 közdarab csatlakozik, amelynek alsó kúpos nyúlványára 85 csőkamrát kell hermetikusan ráolvasztani. A 85 csőkamra optikai áteresztő anyagból, kvarcból, vagy a kővár 83 közdarabbal hermetikus kötést adó üvegből készül. A 85 csőkamrát kettős hőszigetelő 1 vákuumtér veszi körül. A belső 1 vákuumteret oldalt az árnyékoló 33 bura, alul pedig a 78 furatos fenéklemez határolja, melynek az optikai tengelytől való távolságát úgy kell megállapítani, hogy a kb. 80 K előhűtési hőmérséklet a 85 csőkamra azonos hőmérsékletű szakaszára essen. A külső 1 vákuumteret oldalt az alsó hőszigetelő 4 vákuumbura, alul pedig a 75 végdarab határolja, melynek középfuratában levő beszúrásokba helyezett 91 gumigyűrű tömítésekkel illeszkedik a 85 csőkamrához. A 75 végdarab fenéklemeze és a 89 fedél közé helyezett rejtett 92 gumitömítést a rögzítő 90 csavarok meghúzásával kell optimálisan deformálni. A gumigyűrűk alkalmazása a hőszigetelő 1 vákuumtér hermetikus tömítését és a 85 csőkamra hőmérséklefüggő tengelyirányú elmozdulását egyaránt biztosítja. Az optikai 87 mintát kétrészes mintatartó foglalja magában, melyet a 88 tartócső rögzít a 89 fedélhez. Az alsó hőszigetelő 4 vákuumburán az optikai tengelyben 180°-os vagy 90°-os sugárátmenetet biztosító külső optikai 76 ablakok, az árnyékoló 33 burán pedig belső optikai 77 rések vannak, melyek szerkezeti kialakítását a 160 147 sz. szabadalom tartalmazza. A 84 diffúzoron kilépő gőz- vagy gázállapotú He4 hűtőközeg közvetlen felületi hőelvonással hűti a 86 mintatartót és a 87 mintát, majd közvetlen felületi érintkezéssel elvonja a 85 csőkamra és a 88 tartócső falain keresztül a szobahőmérsékletű környezetből behatoló hőt, majd a 93 gázkivezető csövön, a külső szívásszabályozón és az elővákuumszivattyún át a He4 gyűjtőtárolóba áramlik. A 93 gázkivezető cső a hőszigetelő 95 betéten és a 94 hőhídon keresztül van átvezetve. Az elpárologtató hőmérsékletét a szabályozó 96 hőérzékelő, a kilépő gőz hőmérsékletét a harmadik mérő 99 hőérzékelő, a 87 minta és a 86 mintatartó hőmérsékletét a második mérő 98 hőérzékelő, a távozó gőz hőmérsékletét pedig az első mérő 97 hőérzékelő érzékeli. A 85 csőkamra alsórészét és 89 fedél belső részét kemény műanyag hőszigetelő 95 betét tölti ki, melyen a 88 tartócső és a 93 gázkivezető cső van átvezetve. A hőszigetelő 95 betét a 89 fedél külső felületéről behatoló hő ellen nyújt hatékony védelmet. A 96-99 hőérzékelők hermetikus kivezetéséről az átvezető 100 hüvely gondoskodik. A 8. ábra szerinti optikai mérésre alkalmas zárt fémcsőkamrájú átáramlásos és ablakos mintahűtő olyan méréseknél alkalmazható, melyek megkövetelik a belső fényáteresztő felületek párhuzamos, vagy merőleges helyzetét. A 7. ábra szerinti bordás elpárologtató 81 alsó részéhez forrasztott 83 közdarab alsó végéhez rossz hővezető anyagú zárt fém 102 csőkamra van kapcsolva. A 102 csőkamrán az optikai sugármenet tengelyében koncentrikusan 180°-os vagy 90°-os sugárátmenetet biztosító ablakkivágások vannak. A kivágások köré forrasztó 103 gyűrű közbeiktatásával 104 membráncső kapcsolódik, melyekbe optikai 105 ablakok van-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
