Жидкостные криостаты

Выполнение некоторых процессов требует сверхнизких температур. Для этого используются специальные устройства – криостаты.

Из истории криостатов

Появление устройств данного вида было обусловлено развитием науки, в частности криогенной электроники. В 1955 году был создан криотон, прибор, действие которого основано на явлении сверхпроводимости. С этого момента началось быстрое развитие данной отрасли науки и изобретение все новых криогенных устройств и приборов, предназначенных для решения самых различных задач:

• усилители;
• детекторы;
• резонаторы;
• фильтры;
• переключатели;
• криоэлектронная вычислительная техника;
• оборудование для сжижения и хранения газов;
• приборы для охлаждения электротехнических устройств, использующих в своей работе сверхпроводимость (магнитов, соленоидов, трансформаторов).

Одним из появившихся в это время приборов и был криостат жидкостный.

Принцип работы прибора

Для достижения криогенных температур (ниже 120К) в криостатах используется внешний источник холода. Рабочим веществом (хладагентом) в этом случае является сжиженный газ (азот, водород, гелий), отличающийся низкой температурой конденсации и замерзания.

Конструктивно прибор состоит из нескольких основных деталей:

• корпус (специальный сосуд);
• емкость с хладагентом;
• охлаждаемый блок (узел).

Исследуемый объект, образец помещают в криостат.  Изменяя давление над испаряющимся хладагентом, добиваются достижения необходимого значения температуры. При этом зависимость температуры от давления прямо пропорциональная:  понижение давления вызывает понижение температуры кипения рабочей среды. Другой вариант регулировки температуры состоит в подогреве испаряющегося пара.

Лабораторные криостаты: классификация

Дальнейшее развитие науки привело к созданию все новых моделей криостатов, которые могут быть классифицированы в отдельные группы по различным присущим им признакам.

По назначению

Криостаты широко применяются в промышленности, научно-технических институтах. Их используют:

• для отбора и тестирования промышленной продукции на стадии производства;
• при проведении научных исследований, опытов и экспериментов над твердыми телами и жидкостями, в частности для определения коэффициента пропускания;
• для диагностики и определения свойств и основных характеристик фотоприемников, фоточувствительных материалов, полупроводниковых излучателей;
• в качестве дополнительного оборудования (криогенной приставки) при работе спектральных установок, сверхпроводящих магнитов;
• для проведения оптических и радиотехнических исследований;
• в нефтяной промышленности для определения вязкости нефтепродуктов.

Криостаты для проведения исследований в оптике оснащаются поворотными приспособлениями, позволяющими изменять положение тестируемого образца.

По виду хладагента

В качестве рабочего вещества (источника или хладагента) используются сжиженные, отвержденные газы, имеющие низкую температуру замерзания и конденсации. В большинстве приборов для этой цели применяют гелий, азот, водород.

По материалу корпуса

Для изготовления корпуса криостата используются три основных материала: стекло, металл и пластмасса.

• Стеклянные приборы получили наибольшее распространение. Это объясняется их невысокой стоимостью, простотой в изготовлении и эксплуатации. Такие агрегаты позволяют вести визуальный контроль проходящих внутри рабочей камеры процессов. Обычно они представляют собой два сосуда: один, заполненный жидким гелием, помещается в другой. Воздушная Единственный недостаток, присущий таким приборам – низкая прочность стекла, что часто приводит к  выходу устройства из строя в результате появления трещин, сколов.
• Металлические криостаты отличаются универсальностью, прочностью, надежностью, долговечностью. Хладагентом также чаще всего является жидкий гелий. Проблема теплоизоляции решается при помощи медного экрана: в пространстве между рабочей камерой и экраном создается вакуум. Возможно использование дополнительного хладагента – жидкого азота. Все детали прибора изготавливают из меди, стали, сплавов. Для повышения теплоизоляции их поверхность полируется до зеркального блеска, что повышает их отражающую способность.
• Пластмассовые приборы получили распространение после создания прочных и надежных пластмасс.

Защита от притока тепла

Для корректной работы прибора он должен иметь хорошую теплоизоляцию, которая защитит рабочую камеру криостата от притока тепла из окружающей его естественной среды, которое может оказать негативное влияние на протекающие внутри прибора процессы. В криостатах, использующих жидкий азот или водород используется высоковакуумная теплозащита, аналогично применяемой в обычных бытовых термосах. Для гелиевых приборов такой защиты недостаточно. В этом случае стенки рабочей камеры охлаждают жидким азотом.

В нашем каталоге вы сможете выбрать тот вариант прибора, который позволит вам наиболее оптимальным образом решить имеющиеся задачи. При возникновении вопросов обратитесь к помощи наших менеджеров, которые помогут разобраться в особенностях приборов, оформить заказ, произвести оплату.