5.2.2 Металлические дьюары

Примеры металлических дьюаров для 4Не [5.2] показаны на рис. 5.2.

Два типичных криостата из нержавеющей стали с резервуарами для жидких азота и гелия-4

Достоинством металлического дьюара является его намного большая прочность, он может выдерживать более высокие давления и напряжения, чем стеклянный дьюар. Кроме того, металлический дьюар имеет большую трансформируемость, так что возможны более сложные конструкции и нет проблемы диффузии гелия. Недостатком, по сравнению со стеклянным дьюаром, является более высокая стоимость металлического криостата, который обычно изготавливается из нержавеющей стали или, сейчас чаще, из сочетания алюминия и стекловолокна.

В такой системе обычно нет двух вакуумных рубашек, как в систе­ме стеклянного дьюара с двойными стенками. Вакуумное простран­ство не может быть заполнено воздухом для обеспечения теплового контакта внутренних узлов с. резервуаром жидкого азота, т.к при этом охлаждались бы внешние стенки, находящиеся при комнатной температуре. Жидкий азот следует заливать в гелиевый сосуд для предварительного охлаждения и затем удалять его перед заливкой гелия в криостат.

В настоящее время во многих металлических криостатах для 4Не резервуары с жидким азотом для предварительного охлаждения и радиационное экранирование не используют; это особенно важно, когда вибрации, которые вызывает постоянно кипящий азот, создают помехи эксперименту. В такой ситуации сосуд с жидким гелием и, возможно, радиационные экраны обертываются большим количеством слоев так называемой «суперизоляции». Суперизоляция представляет собой тонкую пластиковую фольгу, на которую напыляется отражающий слой алюминия. Температура полос суперизоляции понижается от внешних к внутренним слоям, так что эти полосы действуют как радиационные экраны при непрерывно понижающейся температуре. Для дальнейшего уменьшения теплопритока можно использовать металлические радиационные экраны между стенками сосуда при комнатной температуре и резервуаром с жидким гелием; эти радиационные экраны припаиваются к трубопроводу, через который проходит испаряющийся холодный газ 4Не перед своим выходом из криостата. Это дополнительно позволяет использовать энтальпию холодного газа за счет предварительного охлаждения радиационного экрана. Хороший простой гелиевый дьюар должен иметь скорость испарения не более 0,1 л/ч; однако для больших дьюаров, таких, которые необходимы для мощного ядерного магнитного рефрижератора (гл. 10), эта цифра доходит до 1 л/ч.

Конструкция дьюаров с 4Не для различных применений обсуждается в [5.1-3]. В криогенном оборудовании по возможности следует избегать паяных соединений мягкими припоями. Они менее надежны, в них скорее проявляются «холодные течи» и усталость, они — менее прочные, чем серебряные паяные соединения. Конечно, сварные конструкции превосходят даже пайку серебряным припоем. Если при пайке используется флюс, то паяное соединение необходимо тщательно промыть, чтобы впоследствии избежать коррозии.

 

View one comment on “5.2.2 Металлические дьюары

Comments are closed.