Криостат

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Криостат (частный случай термостата) — устройство теплоизолированное от окружающей среды для получения низкой температуры. В нём низкая температура поддерживается за счёт обмена теплом с посторонним источником низких температур. В качестве такого источника используют криоагенты, такие как жидкие газы с низкими температурами конденсации (азот, водород, гелий).

Структура[править | править код]

В любом криостате необходима теплоизоляция рабочего объёма от окружающей среды. Чем ниже температура рабочего объёма, тем выше требования к теплоизоляции. В криостатах, заполняемых жидким азотом или кислородом, часто используется высоковакуумная теплоизоляция. Для гелиевых криостатов помимо такой изоляции используют дополнительные охлаждённые высоковакуумные сосуды (криостат в криостате), поэтому потери за счёт излучения тепла с наружных стенок снижаются. В качестве хладогента для внешних стенок можно использовать вспомогательным криоагентом (например, жидким азотом). Тогда область с жидким азотом окружает криостат с охлаждаемой жидким гелием камерой. Если охлаждаемый объём помещают в жидкость, то температура образца меняется в довольно узких рамках жидкого состояния, поэтому обычно охлаждаемый объём распогагают либо в парах криоагента или просто на теплообменнике.

Существуют системы не использующие криоагенты в жидком виде, так называемые сухие (англ. Cryogen free) криостаты. В этом случае в качестве рабочего тела используют гелий под высоким давлением, который прокачивается через пористый материал в режиме расширения газа в область с пониженным давлением, что приводит к охлаждению.

Достижимые температуры[править | править код]

Для получения температур до 77 К используют жидкий азот в сосудах Дьюара, до 1.5 К — жидкий гелий-4 в сосудах Дьюара с откачкой, до 0.24 К — гелий-3 в криостатах замкнутого цикла, до 10 мК — смесь гелий-3 и гелий-4 в рефрижераторах растворения.

Применение[править | править код]

Криостаты применяются не только для охлаждения малого объёма до минимальных температур, но и для охлаждения массивных сверхпроводящих магнитов до температур ниже критических значений[1].

Температуру рабочего объёма в криостате можно контролировать используя нагреватели, изменяя давление паров над заполняющим криостат криоагентом или подогревая пары криоагента или за счёт простого теплообмена между металлическим деталями и образцом.

Классификация криостатов[править | править код]

Криостаты различаются

  • по роду применяемого криоагента (азотные, гелиевые, водородные и т. д.);
  • по материалу, из которого они сделаны (стеклянные, металлические, пластмассовые);
  • по назначению (для радиотехнических, оптических, медицинских и др. исследований, для сверхпроводящих магнитов, приёмников излучения и т. д.).

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

Архаров А. М., Марфенина И. В., Микулин Е. И. Криогенные системы. Том 1. Основы теории и расчета. — М.: Машиностроение, 1996. — 576 с. — ISBN 5-217-02584-0.