Криостат

Криостат

Криостат – устройство, осуществляющее свои рабочие процессы при криогенной температуре (ниже 120 К), используя внешний источник холода. Хладагент – сжиженный газ с низкими температурами замерзания и конденсации (как правило, это гелий, азот, водород). Принципиальная конструкция криостата включает корпус (сосуд), емкость с гелием, охлаждаемый узел. Такие криостаты обычно используются в научных исследованиях. В криостат помещают исследуемый объект и регулируют хладагентом его температуру.

Криостаты различаются по используемому хладагенту, по материалу, из которых они сделаны, по назначению. В качестве хладагента используются гелий, азот, водород. Материал, из которого изготовлен корпус криостата, – это металл, стекло, пластмасса. Используются криостаты, как правило, для научно-исследовательских целей в оптике, радиотехнике, в сверхпроводящих магнитах, в приемниках излучения.

Появление таких устройств, как криостат, могло произойти совместно с развитием самой науки – криогенной электроники, что произошло в середине ХХ в., когда в 1955 г. был изобретен прибор криотон, действующий на сверхпроводимости. С этого времени и началось создание криогенных приборов и устройств самого различного назначения: это криогенные усилители, генераторы, резонаторы, детекторы, переключатели, фильтры, криоэлектронная вычислительная техника. Это также и криогенная техника, осуществляющая сжижение и хранение газов, охлаждение сверхпроводящих электротехнических устройств, таких как трансформаторы, магниты, соленоиды, гипоскопы. Криостат является устройством, созданным криоэлектроникой. Очень большое значение при изготовлении криостата придается способу его защиты от тепла окружающей среды, так как проходящие в нем процессы при криогенных температурах требуют надежной теплоизоляции. В азотных или кислородных криостатах применяется высоковакуумная теплоизоляция, но для гелиевых она неэффективна, в них применяется для охлаждения стенок еще и дополнительный хладагент – жидкий азот (или размещаются отражающие излучение экраны).

Самый распространенный материал при изготовлении криостата – это стекло или металл. Криостат из стекла удобен в научных исследованиях, прозрачный сосуд дает возможность визуального наблюдения помещенного в него исследуемого объекта. Такой криостат состоит из двух сосудов, один вставлен в другой. Сосуд, заполненный основным хладагентом (жидким гелием), помещают в другой сосуд. Но это устройство не отличается прочностью. Металлический криостат обладает прочностью и универсальностью. В качестве основного хладагента также используется жидкий гелий, его теплоизоляцией является медный экран, между ним и объемом с гелием создан вакуум. Для дополнительного охлаждения используется жидкий азот. Все элементы криостата (корпус, емкости с гелием и азотом) сделаны из меди, стали или сплавов и отполированы для теплоотражения. Криостат имеет и поворотные приспособления для перемещения исследуемого объекта. Дальнейшее развитие науки криоэлектроники способствует совершенствованию конструкции криостата.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.