Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением
Разработан и изготовлен гелиевый криостат с вертикальными окнами для мёссбауэровских измерений в диапазоне температур 2.2–300 K и давлении до 10 kbar. Розроблено та виготовлено гелієвий кріостат з вертикальними вікнами для мессбауерівських вимірювань в діапазоні температур 2.2–300 K та тиску до 10 k...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69271 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением / П.Н. Постол, Л.В. Бережная, С.А. Терехов, Г.Г. Левченко // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 1. — С. 133-137. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859596104615591936 |
|---|---|
| author | Постол, П.Н. Бережная, Л.В. Терехов, С.А. Левченко, Г.Г. |
| author_facet | Постол, П.Н. Бережная, Л.В. Терехов, С.А. Левченко, Г.Г. |
| citation_txt | Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением / П.Н. Постол, Л.В. Бережная, С.А. Терехов, Г.Г. Левченко // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 1. — С. 133-137. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Разработан и изготовлен гелиевый криостат с вертикальными окнами для мёссбауэровских измерений в диапазоне температур 2.2–300 K и давлении до 10 kbar.
Розроблено та виготовлено гелієвий кріостат з вертикальними вікнами для мессбауерівських вимірювань в діапазоні температур 2.2–300 K та тиску до 10 kbar.
A helium cryostat with vertical windows intended for Mössbauer measurements in the 2.2–300 K temperature range at a pressure to 10 kbar has been designed and manufactured
|
| first_indexed | 2025-11-27T21:06:06Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
© П.Н. Постол, Л.В. Бережная, С.А. Терехов, Г.Г. Левченко, 2010
PACS: 82.80.Ej
П.Н. Постол, Л.В. Бережная, С.А. Терехов, Г.Г. Левченко
ГЕЛИЕВЫЙ КРИОСТАТ ДЛЯ МЁССБАУЭРОВСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
E-mail: levch@levch.fti.ac.donetsk.ua
Статья поступила в редакцию 9 февраля 2009 года
Разработан и изготовлен гелиевый криостат с вертикальными окнами для мёс-
сбауэровских измерений в диапазоне температур 2.2–300 K и давлении до 10 kbar.
Ключевые слова: криостат, гелиевая емкость, азотная емкость, азотный резервуар,
камера высокого давления (КВД), рабочая камера, радиационный экран, заливочная
горловина, дренажная горловина, точка теплообмена
Мёссбауэровские измерения производят при различных состояниях и
воздействиях на исследуемые образцы. Поэтому требуются универсальные
криостаты, способные не только термостатировать в широком диапазоне
низких температур, но и создавать высокие давления. Отличительной осо-
бенностью конструкции изготовленного гелиевого криостата является нали-
чие: камеры высокого давления (КВД); капилляра с вентилем тонкой регу-
лировки для подачи жидкого или газообразного гелия в рабочую камеру;
термоизоляции камеры от гелиевой емкости вакуумным пространством, бла-
годаря которой регулировка температуры и давления в рабочей камере прак-
тически не влияет на теплоприток в гелиевую емкость.
На рис. 1,б представлена конструкция криостата. Он состоит из гелиевой
емкости 1, охваченной азотным экраном 2. В гелиевой емкости установлен
вентиль 3 с капилляром 4, который соединен с рабочей камерой 5. В рабочей
камере вдоль оси размещена КВД 6 на «холодном» окне 7 соосно с «теплым»
окном 8 криостата. «Холодное» и «теплое» окна изготовлены из майлара.
Гелиевая емкость снабжена двумя горловинами: заливочной 9 и дренаж-
ной 10. Последняя позволяет устанавливать трубчатый (∅ 3 mm) индикатор
11 или электронный датчик (∅ 6 mm) уровня жидкого гелия.
Над гелиевой расположена азотная емкость 12 с азотным экраном 2, из ко-
торой выходят две одинаковые горловины 13 с крышками 14 (см. рис. 1,б, B–B).
Крышки предотвращают попадание конденсата и сторонних предметов в азот-
ную емкость при транспортировке, монтаже и в рабочем режиме криостата.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
134
а б
Рис. 1. Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением: а –
внешний вид; б – конструкция
Азотная емкость охвачена промежуточным активным радиационным экра-
ном 15, подвешенным на его горловины в точках эффективного теплообмена
16 [1, c. 144]. Гелиевая и азотная емкости своими горловинами закреплены
на верхнем фланце 17 и помещены в вакуумный кожух 18.
На верхнем фланце установлен вакуумный вентиль 19 (рис. 1,б, А) для
откачки воздуха из вакуумной емкости. Вывод электрических сигналов из
рабочей камеры осуществляется с помощью токоввода 20, представляющего
собой герметичный разъем РСГ10ТВ. Заливочная и дренажная горловины
гелиевой емкости соединены коллектором 21. Последний выравнивает теп-
ловые сопротивления горловин с различными сечениями, устраняет застой-
ную зону в горловине с датчиком уровня жидкого гелия, осуществляя при-
нудительное охлаждение обоих горловин, что, в свою очередь, уменьшает
теплоподвод по горловине к жидкому гелию на 30%.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
135
Особый интерес представляет вентиль игольчатого типа, установленный
в гелиевой емкости. Он позволяет производить тонкую регулировку подачи
гелия по капилляру в рабочую камеру для охлаждения установленной в ней
КВД. Управление вентилем осуществляется с помощью ключа, который
вводят в заливочную горловину криостата до стыковки с его маховиком.
Маховик выполнен в виде перфорированного цилиндра, дно которого жест-
ко закреплено на игле вентиля, а верхняя часть (с отверстием под ключ) кре-
пится на крышке гелиевой емкости с возможностью вращения. Поэтому
стыковка ключа и маховика осуществляется в районе входа в заливочную
горловину, что позволяет уменьшить теплоподвод к жидкому гелию за счет
охлаждения стыка уходящими парами. Отверстие под ключ используется
также для ввода сифона при заливке жидкого гелия. Корпус вентиля своим
опорным фланцем помещен в трубу (которая приварена к днищу гелиевой
емкости) и закреплен в ней при помощи сварки. Опорный фланец изготов-
лен с удлиненной кромкой под сварку, что позволяет производить его срез и
выполнять неоднократную сварку. Такая конструкция дает возможность при
необходимости извлекать вентиль из криостата с минимальными затратами
труда.
Рабочая камера представляет собой тонкостенную трубу (изготовленную
из стали 12Х18Н10Т), в нижней части которой смонтировано «холодное»
окно с КВД. Верхняя часть камеры крепится на верхнем фланце криостата с
выводом к насосу и газгольдеру. Рабочая камера не имеет теплопроводного
контакта с гелиевой емкостью, а c азотной такой контакт осуществляется с
помощью медного кольца, установленного на заданном расстоянии от КВД.
Таким образом, рабочая камера с КВД представляет собой внутренний
встроенный криостат, использующий азотную емкость основного криостата
для уменьшения теплопритоков снаружи, а гелиевую – для заливки гелия.
Поэтому повышение температурного режима в КВД не влияет на расход
жидкого гелия из гелиевой емкости.
КВД – это самостоятельное устройство типа цилиндр–поршень, позво-
ляющее создать на исследуемом образце давление 10 kbar. Корпус КВД из-
готовлен из бериллиевой бронзы, в нем установлены вертикально располо-
женные окна, выполненные из карбида бора.
Для осуществления контроля режимов исследования образца КВД снаб-
жена датчиками давления и температуры, а также нагревателем, сигналы из
которых выведены разъемным токовводом.
Установку КВД в рабочей камере и извлечение из нее осуществляют спе-
циальным приспособлением, которое прилагается к криостату.
Температурные режимы для образца создают подачей криоагента в рабо-
чую камеру, нагревателем КВД и регулировкой скорости откачки паров
криоагента. Для достижения температур ниже 4.2 K рабочую камеру напол-
няют жидким гелием по капилляру из гелиевой емкости при полностью от-
крытом вентиле. Затем производят откачку паров гелия при закрытом вен-
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
136
тиле до достижения требуемой температуры. Для создания температурного
режима выше 4.2 K рабочую камеру используют как проточный криостат.
При этом производят тонкую регулировку вентиля гелиевой емкости для
подачи криоагента в рабочую камеру, осуществляют регулировку мощности
нагревателя КВД и устанавливают заданную скорость откачки паров криоа-
гента из рабочей камеры.
Азотная и гелиевая емкости выполнены цельносварными. Оболочки ем-
костей, с целью повышения прочности на устойчивость, подкреплены реб-
рами жесткости в виде накатанных кольцевых зигов. Это позволяет изготав-
ливать оболочки из тонколистовой (1 mm) нержавеющей стали 12Х18Н10Т.
Вакуумный кожух по эстетическим соображениям изготовлен без накатки
зигов (рис. 1,а), что по условиям прочности определило толщину его обо-
лочки – 1.5 mm. Вакуумный кожух съемный и имеет разъем в нижней части
для доступа к элементам крепления и центровки экранов и емкостей, а также
к «холодному» окну и гелиевому вентилю. Экраны выполнены из тепло-
проводного материала – меди М1 с целью эффективного и равномерного ох-
лаждения жидким азотом азотного экрана и выходящими парами – проме-
жуточного экрана. Медь М1 обладает достаточной отражательной способно-
стью, что уменьшает подвод лучистой тепловой энергии к криоагентам, а
следовательно, уменьшает их потери. С этой же целью поверхности крио-
генных емкостей и экранов электрополированы.
В криостате реализованы такие основные конструкторские решения.
1. Установлен вентиль тонкой регулировки в гелиевой емкости, позво-
ляющий производить подачу криоагента в рабочую камеру.
2. Управление вентилем осуществляется снаружи при минимальных по-
терях гелия, так как стыковка ключа управления и маховика вентиля проис-
ходит в верхней части гелиевой емкости (газовой подушке) и охлаждается
выходящими парами жидкого гелия.
3. Маховик вентиля является приемником сифона для заливки жидкого
гелия и ключа управления.
4. Изменения величины давления на исследуемом образце не влияют на
термодинамические характеристики криостата.
5. Конструкция рабочей камеры позволяет повышать температуру иссле-
дуемого образца, не увеличивая потерь криоагента в гелиевой емкости.
6. На гелиевых горловинах установлен коллектор, устраняющий в них за-
стойную зону выходящих паров и уменьшающий теплоподвод к жидкому
гелию по горловине на 30%.
7. Установлен активный радиационный экран, позволяющий уменьшить
расход жидкого азота за счет использования хладосодержания собственных
выходящих паров.
8. Криостат позволяет устанавливать трубчатый индикатор уровня или
электронный датчик уровня жидкого гелия (Ø 6 mm) без дополнительных
доработок.
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
137
9. В конструкции криостата используются материалы, обладающие наи-
лучшими технологическими показателями для эксплуатации и изготовления
с учетом оптимальной стоимости.
На криостат разработан полный комплект конструкторской документа-
ции, по которой он изготовлен на опытном производстве Донецкого физико-
технического института.
Технические характеристики криостата: объем гелиевой емкости 6.8 l;
объем азотной емкости 8.4 l; время хранения жидкого гелия 2 d; время хра-
нения жидкого азота 3 d; внутренний диаметр рабочей камеры 47.2 mm;
диаметр «теплого» окна 18 mm; диаметр «холодного» окна 16 mm; наруж-
ный диаметр 255 mm; высота криостата 890 mm.
1. П.Н. Постол, Л.В. Бережная, А.И. Скрыпарь, В.Ф. Ховяков, С.А. Терехов, Г.Г. Лев-
ченко, ФТВД 18, № 2, 143 (2008).
П.М. Постол, Л.В. Бережна, А.І. Скрипарь, В.Ф. Хов’яков, С.О. Тєрєхов, Г.Г. Левченко
ГЕЛІЄВИЙ КРІОСТАТ ДЛЯ МЕССБАУЕРІВСЬКИХ ВИМІРЮВАНЬ
ПІД ТИСКОМ
Розроблено та виготовлено гелієвий кріостат з вертикальними вікнами для мес-
сбауерівських вимірювань в діапазоні температур 2.2–300 K та тиску до 10 kbar.
Ключові слова: кріостат, гелієвий резервуар, камера високого тиску (КВТ), робоча
камера, радіаційний екран, заливна горловина, дренажна горловина, точка тепло-
обміну
P.N. Postol, L.V. Berezhnaya, S.A. Terekhov, G.G. Levchenko
HELIUM CRYOSTAT FOR MÖSSBAUER MEASUREMENTS
UNDER PRESSURE
A helium cryostat with vertical windows intended for Mössbauer measurements in the
2.2–300 K temperature range at a pressure to 10 kbar has been designed and manufac-
tured
Keywords: cryostat, helium reservoir, nitrogen reservoir, high pressure chamber (HPC),
working chamber, radiation jacket, tubes for filling, tubes drainage, point of heat ex-
change
Fig. 1. Helium cryostat for Mössbauer measurements under pressure: a – exterior; б –
structure
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69271 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T21:06:06Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Постол, П.Н. Бережная, Л.В. Терехов, С.А. Левченко, Г.Г. 2014-10-09T19:40:54Z 2014-10-09T19:40:54Z 2010 Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением / П.Н. Постол, Л.В. Бережная, С.А. Терехов, Г.Г. Левченко // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 1. — С. 133-137. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 82.80.Ej https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69271 Разработан и изготовлен гелиевый криостат с вертикальными окнами для мёссбауэровских измерений в диапазоне температур 2.2–300 K и давлении до 10 kbar. Розроблено та виготовлено гелієвий кріостат з вертикальними вікнами для мессбауерівських вимірювань в діапазоні температур 2.2–300 K та тиску до 10 kbar. A helium cryostat with vertical windows intended for Mössbauer measurements in the 2.2–300 K temperature range at a pressure to 10 kbar has been designed and manufactured ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением Гелієвий кріостат для мессбауерівських вимірювань під тиском Helium cryostat for Mössbauer measurements under pressure Article published earlier |
| spellingShingle | Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением Постол, П.Н. Бережная, Л.В. Терехов, С.А. Левченко, Г.Г. |
| title | Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением |
| title_alt | Гелієвий кріостат для мессбауерівських вимірювань під тиском Helium cryostat for Mössbauer measurements under pressure |
| title_full | Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением |
| title_fullStr | Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением |
| title_full_unstemmed | Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением |
| title_short | Гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением |
| title_sort | гелиевый криостат для мёссбауэровских измерений под давлением |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69271 |
| work_keys_str_mv | AT postolpn gelievyikriostatdlâmessbauérovskihizmereniipoddavleniem AT berežnaâlv gelievyikriostatdlâmessbauérovskihizmereniipoddavleniem AT terehovsa gelievyikriostatdlâmessbauérovskihizmereniipoddavleniem AT levčenkogg gelievyikriostatdlâmessbauérovskihizmereniipoddavleniem AT postolpn gelíêviikríostatdlâmessbauerívsʹkihvimírûvanʹpídtiskom AT berežnaâlv gelíêviikríostatdlâmessbauerívsʹkihvimírûvanʹpídtiskom AT terehovsa gelíêviikríostatdlâmessbauerívsʹkihvimírûvanʹpídtiskom AT levčenkogg gelíêviikríostatdlâmessbauerívsʹkihvimírûvanʹpídtiskom AT postolpn heliumcryostatformossbauermeasurementsunderpressure AT berežnaâlv heliumcryostatformossbauermeasurementsunderpressure AT terehovsa heliumcryostatformossbauermeasurementsunderpressure AT levčenkogg heliumcryostatformossbauermeasurementsunderpressure |