ЛЕКЦИЯ 6,7 Основные способы получения промежуточных температур.

ЛЕКЦИЯ 6,7
Основные способы
получения промежуточных
температур.
Диапазон температур 1–4,2 К
Охлаждение жидкого гелия, а вместе с ним и
исследуемого образца достигается за счет откачки паров
гелия.
Так как давление насыщенных паров над поверхностью
жидкого гелия однозначно связано с температурой
кипения, то для определения температуры жидкого гелия
достаточно контролировать давление паров.
Диапазон температур 1–4,2 К
Соотношение между давлением паров и температурой
кипения жидкого гелия
Р, гПа
999,32
821,98
474,42
242,74
Р, мм рт. ст.
751,37
618,21
356,81
182,97
Ткип, К
4,2
4,0
3,5
3,0
Р, гПа
103,315
31,687
4,798
0,1599
Р, мм рт. ст.
77,701
23,832
3,6008
0,1203
Ткип, К
2,5
2,0
1,5
1,0
Диапазон температур 1–4,2 К
При откачке
жидкости
происходит
интенсивное
испарение
Конечная
температура, К
3,5
3,0
2,5
2,0
1,6
Доля испарившейся
жидкости
0,17
0,26
0,32
0,37
0,42
Диапазон температур 1–4,2 К
Конструкция маностата
к насосу
к криостату
сильфон
объем опорного давления
Диапазон температур 1–4,2 К
Схема маностатирования
Температуры выше 4,2 К
Способы нагрева/охлаждения:
- механическое перемещение
- тепловые мосты (хладопроводы)
- использование теплообменного газа
- двойной гелиевый объем
- перевернутый Дьюар
- непрерывный поток
Температуры выше 4,2 К
Применение хладопровода: образец в жидком гелии
Текстолит
Медь
Нерж.
сталь
Температуры выше 4,2 К
Применение хладопровода: образец в вакууме
1 – хладопровод
2 - гелиевая емкость
3 – держатель
4 - исследуемый образец
Температуры выше 4,2 К
Изменение температуры образца с использованием
теплообменного газа
Напуск и откачка
теплообменного газа
1 – тонкостенная трубка
2 - гелиевая емкость
3 – держатель
4 - исследуемый образец
Температуры выше 4,2 К
Изменение температуры образца с использованием
теплообменного газа
Напуск и откачка
теплообменного газа
1 – исследуемый образец
2 - внутренняя емкость
3 – внешняя емкость
4 – трубка напуска/откачки газа
Температуры выше 4,2 К
Изменение температуры образца с использованием
теплообменного газа
Напуск газа
Откачка газа
1
2
3
4
1 – верхний фланец
2 – «вакуумная рубашка»
3 – сверхпроводящий соленоид
4 – держатель образца
Температуры выше 4,2 К
«Перевернутый Дьюар»
1
6
5
2
4
3
7
1 – уплотнение
2 – «вакуумная рубашка»
3 – сверхпроводящий соленоид
4 – держатель образца
5 – корпус
6 – фланец
7 – вентиль
Температуры выше 4,2 К
Схема гелиевого криостата с регулировкой
температуры образца
Откачка
Напуск
Температуры выше 4,2 К
Гелиевый криостат непрерывного потока
1 - криостат
2 - транспортный сосуд Дьюара
3 – уплотнение
4 - шток с исследуемым образцом и
термометром
5 - сильфон
Температуры выше 4,2 К
Устройство для подачи жидкого гелия или азота для
гелиевых криостатов непрерывного потока
Температуры выше 4,2 К
Двойной гелиевый объем
Коаксиальные
трубки
Гелий
Змеевик
Второй
объем
Комплексный радиационнооптический криостат
Особенности азотных
криостатов
Простейшая конструкция азотного криостата
1
1 – верхняя крышка
2
2 – жидкий азот
3 – теплоизоляционный корпус
3
Особенности азотных
криостатов
Оптический азотный криостат
1 – азотная емкости
2 – корпус
3 - верхний фланец
4 - нижний фланец
5 - откачной фланец с заглушкой
6 - адсорбент (активированный
уголь)
7 – стаканы
8 – держатель
9 – оптические окна
10 – электрический разъем
Применение жидкого азота
для получения
промежуточных температур
Давление насыщенных паров азота
Т, К
p, МПа
над жидкостью
63,15 *
0,0125*
64
0,0146
70
0,0386
77,36**
0,1013**
80
0,1371
86
0,2520
90
0,3608
96
0,5836
100
0,7788
110
1,4669
126,2 ***
3,4000***
*
 тройная точка
**  точка нормального кипения
***  критическая точка