Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень
Створено комплекс кріогенної апаратури на базі терморегульованого гелієвого кріостата з вбудованим надпровідним соленоїдом для дослідження гальваномагнітних явищ у низькорозмірних системах. Комплекс забезпечує регулювання температури досліджуваного зразка в діапазонах 1,6—4,2; 4,2—80; 80—300 К та ї...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наука та інновації |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117286 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень / І.П. Жарков, В.В. Сафронов, С.П. Паламарчук, О.С. Пилипчук, А.Г. Солонецький, В.О. Ходунов // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 3. — С. 29-34. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-117286 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Жарков, І.П. Сафронов, В.В. Паламарчук, С.П. Пилипчук, О.С. Солонецький, А.Г. Ходунов, В.О. 2017-05-21T18:44:42Z 2017-05-21T18:44:42Z 2016 Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень / І.П. Жарков, В.В. Сафронов, С.П. Паламарчук, О.С. Пилипчук, А.Г. Солонецький, В.О. Ходунов // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 3. — С. 29-34. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin12.03.029 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117286 Створено комплекс кріогенної апаратури на базі терморегульованого гелієвого кріостата з вбудованим надпровідним соленоїдом для дослідження гальваномагнітних явищ у низькорозмірних системах. Комплекс забезпечує регулювання температури досліджуваного зразка в діапазонах 1,6—4,2; 4,2—80; 80—300 К та її стабілізацію з точністю не більше 0,1 К у магнітному полі до 7,84 Тл. Создан комплекс криогенной аппаратуры на базе терморегулируемого гелиевого криостата со встроенным сверхпроводящим соленоидом для исследования гальваномагнитных явлений в низкоразмерных системах. Комплекс обеспечивает регулирование температуры исследуемого образца в диапазонах 1,6—4,2; 4,2—80; 80—300 К и ее стабилизацию с точностью не более 0,1 К, в магнитном поле до 7,84 Тл. The complex cryogenic equipment based on the temperature- controlled helium cryostat with a superconducting built-in solenoid for the study of galvano-magnetic phenomena in two-dimensional systems is created. It provides temperature control of the investigated sample in the range of 1.6—4.2; 4.2—80; 80—300 К and its stabilization with no more than 0.1 K accuracy in a magnetic field up to 7.84 Tl. Робота виконана в рамках Програми наукового приладобудування, грант П2/ 15-40. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Наука та інновації Наукові основи інноваційної діяльності Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень Комплекс криоаппаратуры со встроенным сверхпроводящим соленоидом для магнитофизических и электрофизических исследований Complex of Cryoapparatus with Built-in Superconductive Solenoid for Magnetophysical and Electrophysical Research Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень |
| spellingShingle |
Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень Жарков, І.П. Сафронов, В.В. Паламарчук, С.П. Пилипчук, О.С. Солонецький, А.Г. Ходунов, В.О. Наукові основи інноваційної діяльності |
| title_short |
Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень |
| title_full |
Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень |
| title_fullStr |
Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень |
| title_full_unstemmed |
Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень |
| title_sort |
комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень |
| author |
Жарков, І.П. Сафронов, В.В. Паламарчук, С.П. Пилипчук, О.С. Солонецький, А.Г. Ходунов, В.О. |
| author_facet |
Жарков, І.П. Сафронов, В.В. Паламарчук, С.П. Пилипчук, О.С. Солонецький, А.Г. Ходунов, В.О. |
| topic |
Наукові основи інноваційної діяльності |
| topic_facet |
Наукові основи інноваційної діяльності |
| publishDate |
2016 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Наука та інновації |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Комплекс криоаппаратуры со встроенным сверхпроводящим соленоидом для магнитофизических и электрофизических исследований Complex of Cryoapparatus with Built-in Superconductive Solenoid for Magnetophysical and Electrophysical Research |
| description |
Створено комплекс кріогенної апаратури на базі терморегульованого гелієвого кріостата з вбудованим надпровідним соленоїдом для дослідження гальваномагнітних явищ у низькорозмірних системах. Комплекс забезпечує
регулювання температури досліджуваного зразка в діапазонах 1,6—4,2; 4,2—80; 80—300 К та її стабілізацію з точністю не більше 0,1 К у магнітному полі до 7,84 Тл.
Создан комплекс криогенной аппаратуры на базе терморегулируемого гелиевого криостата со встроенным сверхпроводящим соленоидом для исследования гальваномагнитных явлений в низкоразмерных системах. Комплекс
обеспечивает регулирование температуры исследуемого
образца в диапазонах 1,6—4,2; 4,2—80; 80—300 К и ее стабилизацию с точностью не более 0,1 К, в магнитном поле
до 7,84 Тл.
The complex cryogenic equipment based on the temperature-
controlled helium cryostat with a superconducting
built-in solenoid for the study of galvano-magnetic
phenomena in two-dimensional systems is created. It provides
temperature control of the investigated sample in
the range of 1.6—4.2; 4.2—80; 80—300 К and its stabilization
with no more than 0.1 K accuracy in a magnetic field up to 7.84 Tl.
|
| issn |
1815-2066 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/117286 |
| citation_txt |
Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень / І.П. Жарков, В.В. Сафронов, С.П. Паламарчук, О.С. Пилипчук, А.Г. Солонецький, В.О. Ходунов // Наука та інновації. — 2016. — Т. 12, № 3. — С. 29-34. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT žarkovíp komplekskríoaparaturizvbudovanimnadprovídnimsolenoídomdlâmagnítofízičnihtaelektrofízičnihdoslídženʹ AT safronovvv komplekskríoaparaturizvbudovanimnadprovídnimsolenoídomdlâmagnítofízičnihtaelektrofízičnihdoslídženʹ AT palamarčuksp komplekskríoaparaturizvbudovanimnadprovídnimsolenoídomdlâmagnítofízičnihtaelektrofízičnihdoslídženʹ AT pilipčukos komplekskríoaparaturizvbudovanimnadprovídnimsolenoídomdlâmagnítofízičnihtaelektrofízičnihdoslídženʹ AT solonecʹkiiag komplekskríoaparaturizvbudovanimnadprovídnimsolenoídomdlâmagnítofízičnihtaelektrofízičnihdoslídženʹ AT hodunovvo komplekskríoaparaturizvbudovanimnadprovídnimsolenoídomdlâmagnítofízičnihtaelektrofízičnihdoslídženʹ AT žarkovíp komplekskrioapparaturysovstroennymsverhprovodâŝimsolenoidomdlâmagnitofizičeskihiélektrofizičeskihissledovanii AT safronovvv komplekskrioapparaturysovstroennymsverhprovodâŝimsolenoidomdlâmagnitofizičeskihiélektrofizičeskihissledovanii AT palamarčuksp komplekskrioapparaturysovstroennymsverhprovodâŝimsolenoidomdlâmagnitofizičeskihiélektrofizičeskihissledovanii AT pilipčukos komplekskrioapparaturysovstroennymsverhprovodâŝimsolenoidomdlâmagnitofizičeskihiélektrofizičeskihissledovanii AT solonecʹkiiag komplekskrioapparaturysovstroennymsverhprovodâŝimsolenoidomdlâmagnitofizičeskihiélektrofizičeskihissledovanii AT hodunovvo komplekskrioapparaturysovstroennymsverhprovodâŝimsolenoidomdlâmagnitofizičeskihiélektrofizičeskihissledovanii AT žarkovíp complexofcryoapparatuswithbuiltinsuperconductivesolenoidformagnetophysicalandelectrophysicalresearch AT safronovvv complexofcryoapparatuswithbuiltinsuperconductivesolenoidformagnetophysicalandelectrophysicalresearch AT palamarčuksp complexofcryoapparatuswithbuiltinsuperconductivesolenoidformagnetophysicalandelectrophysicalresearch AT pilipčukos complexofcryoapparatuswithbuiltinsuperconductivesolenoidformagnetophysicalandelectrophysicalresearch AT solonecʹkiiag complexofcryoapparatuswithbuiltinsuperconductivesolenoidformagnetophysicalandelectrophysicalresearch AT hodunovvo complexofcryoapparatuswithbuiltinsuperconductivesolenoidformagnetophysicalandelectrophysicalresearch |
| first_indexed |
2025-11-25T15:43:26Z |
| last_indexed |
2025-11-25T15:43:26Z |
| _version_ |
1850517092894244864 |
| fulltext |
29
ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(3): 29—34 doi: http://dx.doi.org/10.15407/scin12.03.029
Створено комплекс кріогенної апаратури на базі терморегульованого гелієвого кріостата з вбудованим надпро-
відним соленоїдом для дослідження гальваномагнітних явищ у низькорозмірних системах. Комплекс забезпечує
регулювання температури досліджуваного зразка в діапазонах 1,6—4,2; 4,2—80; 80—300 К та її стабілізацію з точніс-
тю не більше 0,1 К у магнітному полі до 7,84 Тл.
К л ю ч о в і с л о в а: кріосистема, гелій, терморегуляція, стабільність температури, надпровідний соленоїд.
© І.П. ЖАРКОВ, В.В. САФРОНОВ, С.П. ПАЛАМАРЧУК,
О.С. ПИЛИПЧУК, А.Г. СОЛОНЕЦЬКИЙ,
В.О. ХОДУНОВ, 2016
І.П. Жарков, В.В. Сафронов, С.П. Паламарчук,
О.С. Пилипчук, А.Г. Солонецький, В.О. Ходунов
Інститут фізики НАН України, Київ
КОМПЛЕКС КРІОАПАРАТУРИ З ВБУДОВАНИМ
НАДПРОВІДНИМ СОЛЕНОЇДОМ ДЛЯ МАГНІТОФІЗИЧНИХ
ТА ЕЛЕКТРОФІЗИЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
При створенні та використанні різних функ-
ціональних пристроїв електроніки і оптоелек-
троніки (генераторів НВЧ, приймачів та ви-
промінювачів ІЧ-діапазонів) на основі струк-
тур з квантовими ямами (КЯ) розуміння фі-
зичних параметрів, від яких залежать процеси
переносу носіїв заряду у таких системах, є важ-
ливим. Дослідження гальваномагнітних явищ
у широких діапазонах температур, електричних
та магнітних полів є одним із методів вивчен-
ня властивостей структур з КЯ. Насам пе ред, це
температурні дослідження коефіцієнта Холла
та питомого опору, дослідження магнітоопору
та осциляцій Шубнікова—де-Гааза (далі ШдГ)
та квантового ефекту Холла при фіксованій тем-
пературі. Діапазон температур, в якому прояв-
ляються квантово-розмірні ефекти, відповідає
області нижче 20—70 К. У переважній більшос-
ті випадків дослідження проводять у діапазоні
температур 4,2—1,2 К, що досягається відкач-
кою парів рідкого гелію. Діапазон магнітних по-
лів для ефективного дослідження магніто опо-
ру і осциляцій ШдГ є не менше 5 Тл.
Для дослідження кутових залежностей (кут
між напрямком магнітного поля і електрично-
го струму через зразок) магнітоопору створено
механізм повороту зразка відносно повздовж-
ньої осі в процесі вимірів. Для систем з КЯ важ-
ливим фактором є можливість дослідження про-
цесів, пов’язаних з розігрівом електронів у КЯ
прикладеним електричним полем. З цією ме-
тою маніпулятор (тримач) разом зі звичайни-
ми підводящими проводами має коаксіальні
вво ди для досліджень у сильних імпульсних
латеральних електричних полях. Для запобіган-
ня джоулєвого перегріву зразків сильне елек-
тричне поле подається на зразок в імпульсно-
му режимі з тривалістю імпульсів порядку мкс.
Оптичні вводи в терагерцевому діапазоні час-
тот можуть бути реалізовані по світловодах у
вигляді пустостінних відполірованих трубок.
Для роботи з надпровідним магнітом створено
кероване джерело з можливістю як плавної роз-
гортки у всьому діапазоні, так і зупинки в за-
даній точці.
30 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(3)
І.П. Жарков, В.В. Сафронов, С.П. Паламарчук, О.С. Пилипчук, А.Г. Солонецький, В.О. Ходунов
Відомі кріостати з вбудованим надпровідним
соленоїдом [1—3]. Недоліками цих технічних
рішень є те, що в деяких кріостатах не передба-
чена можливість заміни соленоїда, в зв’язку з
чим їх функціональні можливості обмежені, то-
му що зразок може знаходитися під впливом не-
змінного за своїми характеристиками (однорід-
ність, максимальна напруженість) магнітного по-
ля або однорідність магніт ного поля є недостат-
ньою. Тому метою роботи було створення такої
конструкції, яка б давала можливість поліпши-
ти головні характеристики системи, зокрема од-
норідність магнітного поля надпровідного со-
леноїда, а також проведення комплексу магні-
тофізичних та електрофізичних досліджень.
Для вирішення цієї задачі корпус терморегу-
льованого гелієвого кріостата виконаний знім-
ним. У його середині розташована завантажу-
вальна шахта і посудина для кріогенної рідини
із вмонтованим в неї надпровідним соленої дом.
Ця посудина охоплена радіаційним екраном,
який з’єднаний з баком охолодження. По су-
дина має вхід і вихід для кріогенної рідини. В
сере дині шахти і в центрі надпровідного соле-
ноїда встановлена вставка з робочою камерою,
на якій розташовані теплообмінник, нагрівач і
датчик температури а в центрі — тримач дослі-
джуваного зразка. Сам же кріостат додатково
обладнаний контурами вимірювання магніто-
фізичних та електрофізичних характеристик
та кроковим двигуном вставки, які зв’язані з
ПЕОМ по електричній та інформаційній ме-
режі для дослідження кутових залежностей
цих характеристик.
Те, що робоча камера кріостата із нагрівачем
та датчиком температури розташована на тязі
і охоплює тримач зразка, а теплообмінник роз-
ташований у завантажувальній шахті, дозво-
ляє зменшити кількість конструктивно-техно-
логічних з’єднань, виконаних пайкою, оскільки
поверхня робочої камери конструктивно звіль-
нена від теплообмінника. Таким чином підви-
щується однорідність магнітного поля надпро-
відного соленоїда.
Суть рішення задачі пояснюється рис. 1, де
наведена структурна схема кріосистеми для маг-
нітофізичних та електрофізичних дослід жень.
На рис. 2 представлено устрій кріостата, де по-
казано вертикальний осьовий переріз кріо ста та
із вставкою 2, А — вигляд кріостата звер ху, І —
вертикальний переріз нижньої частини встав-
ки у збільшеному масштабі, Б — вер ти кальний
переріз нижньої частини вставки у збіль ше но-
му масштабі (вигляд збоку).
Терморегульована кріосистема для магні-
тофізичних досліджень складається з таких
блоків: а — контур терморегулювання і стабі-
лізації температури, що містить у собі кріостат
1; вставку 2 із досліджуваним зразком 3; дат-
чик темпера тури 4; електронагрівач 5; блок ке-
рування тем пературою (БКТ) 6 та блок ємніс-
ного рівнеміра (БЄР) рідкого гелію в шахті
кріостата; б — контур регулювання і стабіліза-
ції напруженості магнітного поля, що містить
в собі кріостат 1 із вбудованим надпровідним
Рис. 1. Структурно-функціональна схема кріокомплексу
10 2 (№1) 12 14
ТМ
8 КД КК
БЖ
КД
15
11
КВВАХ
БЄР
БЖ НПС
13
7
3
ПЕОМ
6
БКТ
4
9
5
1
31ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(3)
Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень
соленоїдом (НПС) 7, блок живлення НПС 8,
датчик Холла 9, тесламетр (мультиметр) 10;
в — комплекс вимірювання вольт-амперних
ха рактеристик (КВВАХ) 11; г — блок автома-
тичного керування кутом нахилу зразка, що
містить вставку 2, яка перетворює обертання
штока навколо вертикальної осі в обертання
тримача із зразком 3 навколо горизонтальної
осі, кроковий двигун (КД) 12, що зв’язаний з
керуючою ПЕОМ 13 через керуючий контро-
лер (КК) 14 по електричній та інформаційній
мережі і блок живлення крокового двигуна
(БЖКД) 15.
Усе редині розбірного корпуса кріостата 1
роз міщується знімний бак ємністю 5,5 л для
кріогенної рідини (гелію) 16, що оточений мід-
ним екраном 17, який охолоджується кріоген-
ною рі диною (азот), що залита у бак 18 ємніс-
тю 2,8 л. Бак 16 закріплюється на верхньому
фланці 19, який підвішений до кришки 20 на
тонкостін них трубках 21, 22, 23, 24 із матеріа-
лу з низь кою теплопровідністю. Трубки підві-
су багатофункціональні. Трубка 21 використо-
вується:
для розміщення голчастого вентиля 25, що
регулює подачу рідкого гелію через трубку
26, знімну трубку 27 і змійовик 28 в камеру
термостатування 29 кріостата за допомогою
рукоятки 30 і також для розташування гол-
частого вентиля 31, що регулює подачу газо-
подібного гелію в камеру термостатування
29 за допомогою рукоятки 32;
трубка 22 використовується для розміщен-
ня силового струмовводу 33 до надпровід-
ного соленоїда (НПС) 34;
трубка 23 використовується для заливки рід-
кого гелію в бак 16;
трубка 24 використовується для розміщен-
ня показника рівня рідкого гелію 35.
До верхнього фланця 19 на шпильках 36
за кріп лений нижній фланець 37, до якого на
шпиль ках 38 закріплений НПС 34, що оточе-
ний знімним баком 16 для рідкого гелію. НПС
виконаний у вигляді каркаса, на якому навитий
надпровідний провід. Силовий струмоввід 33
виконано у вигляді косички з мідних проводів.
Провідники від НПС підпаяні до плати 39 і до
роз’єму 40. Потенційні провідники НПС виве-
дені на роз’єм 41. У верхній частині трубки під-
вісу фланця 19 з посудиною 16 з'єднані проміж
собою колектором 42 для відводу гелію, що ви-
паровується в магістраль через штуцер 43.
Трубки підвісу азотної посудини 44 і 45 ви-
користовуються для заливки і видалення па-
рів азоту. Вакуумна порожнина кріостата від-
качується форвакуумним насосом через ваку-
умний кран 46. Високий вакуум створюється
кріонасосом 47. У центрі корпуса кріостата
розміщується шахта (завантажувальна труба)
48, що закінчується камерою термостатування
Рис. 2. Терморегульована кріостатна система для магні-
тофізичних та електрофізичних досліджень
А
51 54 45
50
44 42 57
а
б
А
2
61
48
60
58
40
30
32
41
43
21
46
22
47
31
33
37
25
39
26
29
І
71
64 65 66
62
63
59 42 35
24
23
20
18
1
19
55
36
53
17
16
38
56
34
28
27
Б
Б
І
Збільшено
62
68
3
67
9
49
5
68
70
69
4
52
69
в
г
49 3
32 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(3)
І.П. Жарков, В.В. Сафронов, С.П. Паламарчук, О.С. Пилипчук, А.Г. Солонецький, В.О. Ходунов
Таблиця 1
Залежність витрат кріоагента
від струму НПС при 4,2 К
Струм НПС,
А
Індукція магнітного
поля, Т
Витрати кріоагента,
см3/год
0 — 200
10 1,12 220
20 2,24 250
40 4,48 280
50 5,6 300
60 6,72 310
70 7,84 320
Таблиця 2
Залежність витрат кріоагента від температури при максимальному введеному полі
Температура
задана,
Тз, К
Температура
фактична,
Тф, К
Перерегу-
лювання,
ΔТпер., К
Стабільність
температури,
ΔТ ст., ±К
Тиск газу в баці
з кріоагентом,
Р, мм вод. ст.
Витрати
кріо-агента,
см3/год
4,2 4,19 — 0,01 200 320
6,0 6,0 <0,05 <0,05 200 280
12,0 12,0 <0,05 <0,05 200 260
20,0 20,0 <0,05 <0,05 200 220
40,0 40,0 <0,05 <0,05 200 190
80,0 80,0 <0,05 <0,05 200 170
29. У камеру 29 кріостата знизу через трубки
26 і 27 і теплообмінник (змійовик) 28 подаєть-
ся рідкий або газоподібний гелій, що охоло-
джує зразок 3, закріплений на тримачі 49
вставки 2 ( див. 4 і 5). Для нагрівання камери
використовується електронагрі вач 5, встанов-
лений у нижній частині вставки 2. Виводи від
нагрівача 5 під’єднані до роз’єму 50.
Для контролю температури в камері вста-
новлений датчик температури 4. На тримачі
зразка 49 встановлений датчик Холла 9 для
вимірювання напруженості магнітного поля
НПС в його центрі. Виводи від датчика Холла
під’єд нані до роз’єму 51. До зразка під’єднані
дроти 52, що через комутаційну плату 53 під’єд-
нані до роз’єму 54. У трубці 55 вставки розта-
шований ємнісний покажчик 56 рівня гелію,
що під’єд на ний до розйома 57. Зверху на шах-
ті закріплений ши берний затвор 58, який при
шлю зуванні зразків для їх заміни перекриває
прохідний канал шахти, що дає можливість
про водити заміну зразків без відігрівання крі-
остата.
Для запобігання руйнації кріостата при під-
вищені тиску на корпусі кріостата встановлено
запобіжний клапан 59. На верхньому патруб-
ку 60 кріостата закріплена вставка 2 з мож ли-
вістю переміщення по вертикалі і обертання
навколо вертикальної вісі до фіксації в саль-
никовому ущільненні 61. У центральній трубці
вставки 55 закріплений з можливістю обертан-
ня шток 62. Шток у верхній частині закріпле-
ний на комутаційній коробці 63. На штоку жор-
стко закріплено зубчасте колесо 64, кінематич-
но зв’язане з шестернею 65, яка жорстко закрі-
плена на валу крокового двигуна 66.
У нижній частині штока 62 жорстко закріп-
лено зубчасте колесо 67, що через одноступе-
неву зубчасту конічну передачу кінематично
зв’я зане із зубчастим сектором 68, який жор-
стко закріп лений на напівосях 69 у нижній
частині встав ки. Зубчастий сектор 68 оберта-
ється на осях навколо горизонтальної осі і че-
рез штифт 70 обертає тримач 49 із зразком 3. У
початковому по ложенні тримач 49 із зразком
3 розташований вздовж осі НПС 34, а у друго-
му крайньому положенні тримач із зразком
обернений на 90 ° відносно початкового і роз-
ташований поперек осі НПС. Тримач зі зраз-
ком може обертатися на різ ні кути в межах від
0 до 90 °. Кут повороту зразка задається від
ПЕОМ через кроковий двигун.
33ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(3)
Комплекс кріоапаратури з вбудованим надпровідним соленоїдом для магнітофізичних та електрофізичних досліджень
Кріостат працює з кріогенною рідиною — ге-
лієм — таким чином.
Вакуумна порожнина кріостата відкачуєть-
ся форвакуумним насосом через вакуумний
кран 46. Досліджуваний зразок 3 закріплюєть-
ся на тримачі 49 вставки. При відкритому ши-
берному затворі 8 у шахту 48 кріостата вста-
новлюється вставка 2 і закріплюється на верх-
ньому патрубку 60 кріостата. Вставка встанов-
люється до упору в дно робочої камери 29 і
фік сується в сальниковому ущільненні 61.
Після заливки азоту в бак 18 охолоджуєть-
ся підвісний радіаційний екран 17, який охо-
плює бак 16 з НПС і робочу камеру 29, що
приводить до захолодження всіх складових
частин кріо стата, які знаходяться в середині
екрана. Охо лод ження адсорбційного кріона-
соса 47 приводить до підвищення вакууму.
Після заливки азоту і охолодження вищевка-
заних частин кріостата гелій заливається в
бак 16 через трубку 23. Рівень гелію в баці 16
контролюється за допо могою покажчика рів-
ня. Для подачі газоподібного гелію в робочу
камеру 29 закривають вентиль 25 за допомо-
гою рукоятки 30 і відкрива ють вентиль 31 за
допомогою рукоятки 32.
Для подачі рідкого гелію в робочу камеру
закривають вентиль 31 за допомогою рукоят-
ки 32 відкривають вентиль 25 за допомогою
рукоятки 30. Гелій або його пари під тиском
надходять із бака 16 через трубки 26, 27 і те-
плообмінник (змійовик) 28 у робочу камеру
29 і виходять через патрубок 71 в магістраль
збору гелію. Оскільки теплообмінник (змійо-
вик) розташований у завантажувальній шах-
ті, а не на зов ніш ній поверхні робочої камери,
то він не підпаяний до її поверхні на всю свою
довжину. Тим зменшується кількість припою
і відповідно вплив компонентів пайки на од-
норідність магнітного поля надпровідного со-
леноїда.
Для роботи при температурі нижче 4,2 К у
робочу камеру 29 подають рідкий гелій і від-
качують пари гелію вакуумним насосом через
патрубок 71.
Для проведення магнітофізичних та електро-
фізичних досліджень використовується кріо-
статна система, наведена на рис.1. Перед дослід-
женням встановлюється і стабілізується магніт-
не поле. Контроль магнітного поля здійснюєть-
ся за допомогою датчика Холла ПХЕ602117А.
Необхідний кут орієнтації зразка відносно
орієнтації магнітного поля за рахунок його по-
вороту задається ПЕОМ 13 через контролер
14, який керує кроковим двигуном 12.
Як показали дослідження, витрати кріо аген та
під відкачкою (1,6 К) при максимальному вве-
деному полі становлять не більше 400 см3/год.
Витрати кріоагента при температурі 4,2 К та в
діапазоні 4,2—80 К наведені в табл. 1 та 2. Як
видно з наведених даних, однієї заливки кріо-
стата вистачає на повний робочий день
На рис. 3. наведено зовнішній вигляд кріо-
генного комплексу, який має такі технічні ха-
рактеристики:
область регуляції температури 1,6—4,2; 4,2—80;
80—300 К
область регуляції магнітного поля 0—7,84 Т
нестабільність температури менше 0,1 К
неоднорідність магнітного поля в не гірше 1 · 10–3
центрі робочої камери кріостата, Тл на довжині 30 мм
зразок може знаходитись в рідині або
в газі
діаметр каналу для зразка 20 мм
швидка зміна зразка
Рис. 3. Зовнішній вигляд кріокомплексу
34 ISSN 1815-2066. Nauka innov. 2016, 12(3)
І.П. Жарков, В.В. Сафронов, С.П. Паламарчук, О.С. Пилипчук, А.Г. Солонецький, В.О. Ходунов
автоматично керована зміна положен-
ня зразка відносно вектора магнітно-
го поля
програмована зміна температури, по-
ля, положення зразка
витрати рідкого гелію при максималь- при 1,6 К не біль-
ному введеному полі ше 400 см3/год
витрати рідкого гелію в діапазоні не більше
4,2—80 К 0,320 см3/год
витрати рідкого гелію в діапазоні не більше
80—300 К 0,320 см3/год
ВИСНОВКИ
Розроблений кріогенний комплекс забезпе-
чує одночасне програмоване регулювання тем-
пе ра тури дослідного зразка в діапазоні 1,6—
4,2; 4,2—80; 80—300 К та її стабілізацію з точ-
ністю ± 0,05 ° в регульованому магнітному по-
лі до 7,8 Тл і авто матизовану програмовану
зміну орієнтації зраз ка відносно вектора маг-
нітного поля.
Робота виконана в рамках Програми науко-
вого приладобудування, грант П2/ 15-40.
ЛІТЕРАТУРА
1. А.с. №943669 СССР, МКИ G 05 D 23/30. Тер мо ре-
гулируемое криостатное устройство / В.С. Медведев,
В.М. Ермаков, В.Б. Подолич. — Бюлл. изобретений
СССР №26; опубликовано 15.07.1982.
2. А.с. №981781 СССР, кл. F25D 3/10. Криостат / В.С. Мед-
ведев, В.М. Ермаков, В.Б. Подолич. — Бюлл. изобре-
тений СССР, №46; опубликовано 15.12. 1982.
3. А.с. №98974 Україна МПК G05D 23/30. Термо ре гу льо-
вана кріостатна система для магнітооптичних та елек-
трофізичних досліджень / І.П. Жарков, В.В. Сафронов,
А.Г.Чмуль, В.О. Ходунов — опубл. 10.07.2012 р.; бюл.
«Промислова власність» № 13 .
REFERENCES
1. A.s. №943669 SSSR, MKI G 05 D 23/30. Termo re gu li ru-
emoe kriostatnoe ustrojstvo. V.S. Medvedev, V.M. Er ma-
kov, V.B. Podolich [in Russian].
2. A.s. №981781 SSSR, kl. F25D 3/10. Kriostat. V.S. Med-
vedev, V.M. Ermakov, V.B. Podolich [in Russian].
3. A.s. №98974 Ukrai'na MPK G05D 23/30. Termo re gu-
l'ovana kriostatna systema dlja magnitooptychnyh ta
elektrofizychnyh doslidzhen'. Zharkov I.P., Safronov V.V.,
Chmul' A.G., Hodunov V.O. [in Ukraine].
I.P. Zharkov , V.V. Safronov, S.P. Palamarchuk,
O.S. Pylypchuk, A.G. Solonetskiy, V.O. Khodunov
Institute of Physics, the NАS of Ukraine, Kyiv
COMPLEX OF CRYOAPPARATUS
WITH BUILT-IN SUPERCONDUCTIVE
SOLENOID FOR MAGNETOPHYSICAL
AND ELECTROPHYSICAL RESEARCH
The complex cryogenic equipment based on the tem-
perature-controlled helium cryostat with a superconduct-
ing built-in solenoid for the study of galvano-magnetic
phenomena in two-dimensional systems is created. It pro-
vides temperature control of the investigated sample in
the range of 1.6—4.2; 4.2—80; 80—300 К and its stabiliza-
tion with no more than 0.1 K accuracy in a magnetic field
up to 7.84 Tl.
Keywords: cryosystem, helium, temperature control, tem-
perature stability, superconductive solenoid.
И.П. Жарков, В.В. Сафронов, С.П. Паламарчук,
А.С. Пилипчук, А.Г. Солонецький, В.А. Ходунов
Институт физики НАН Украины, Киев
КОМПЛЕКС КРИОАППАРАТУРЫ
СО ВСТРОЕННЫМ СВЕРХПРОВОДЯЩИМ
СОЛЕНОИДОМ ДЛЯ МАГНИТОФИЗИЧЕСКИХ
И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Создан комплекс криогенной аппаратуры на базе тер-
морегулируемого гелиевого криостата со встроенным сверх-
проводящим соленоидом для исследования гальваномаг-
нитных явлений в низкоразмерных системах. Комплекс
обеспечивает регулирование температуры исследуемого
образца в диапазонах 1,6—4,2; 4,2—80; 80—300 К и ее ста-
билизацию с точностью не более 0,1 К, в магнитном поле
до 7,84 Тл.
Ключевые слова: криосистема, гелий, терморегули-
рование, стабильность температуры, сверхроводящий со-
леноид.
Стаття надійшла до редакції 05.11.15
|