2.2.6. Кріостат для температур нижче 1 к

На рис. 2.21 зображений простий кріостат, у якому легко досяжні температури нижче 1 К. Кріостат зроблений так, що зразки можна легко змінювати, не розбираючи з’єднання, які повинні залишатися вакуумнощільними при низьких температурах. Основна гелієва ванна 1 зроблена з міді і підвішена до верхньої гелієвої ванни 2 з допомогою короткої тонкостінної трубки зі сплаву з низькою теплопровідністю. Отвір діаметром 2,5 мм призначений для обмеження швидкості підйому плівки. Досліджувані зразки прикріплюють зовні до дна мідної посудини 1. Приплив тепла до цієї посудини і прикріпленого до неї зразка знижують, використовуючи радиаційний екран 3, пригвинчений до дна верхньої гелієвої посудини 2. Обидві посудини опущені в посудину Дьюара, ущільнену зверху прокладкою круглого перетину, що у свою чергу занурена у посудину з рідким азотом. Верхня посудина 4 також заповнена рідким азотом.

Рис. 2.21. Двоступінчатий гелієвий кріостат для одержання температур нижче 1 К: 1 - мідна посудина з гелієм; 2 – ванна з рідким гелієм; 3 – радіаційний екран; 4 – ванна з рідким азотом; 5 – труба; 6 – патрубок; 7 – ущільнення; 8 – отвір;9 – електричні вводи

Після попереднього охолодження до температури рідкого азоту верхню гелієву посудину заповнюють рідким гелієм звичайним чином за допомогою сифона. У процесі заливання посудини 2 і 1 оточені теплообмінним гелієм, що знаходиться в посудині Дьюара. Встановлено, що з метою доброго охолодження нижньої посудини тиск теплообмінного газу повинен бути досить високим, для того щоб відбувалася конвекція, наприклад, близько 1 атм при температурі рідкого азоту. У процесі заповнення верхньої посудини 2 рідким гелієм нижня посудина 1 через трубу 5 з'єднана із джерелом газоподібного гелію трохи більш високого тиску, так що рідкий гелій конденсується в посудині 1. Коли посудини 2 і 1 заповнені, теплообмінний газ відкачують через патрубок 6. За кілька хвилин у посудині Дьюара можна одержати достатній вакуум; газ, що оточує посудину 1, легко видаляється через отвір 8 у радіаційному екрані. Тепер температуру посудини 1 можна понизити до значення нижче 4,2 К шляхом відкачки через трубу 5. При діаметрі труби 1,6 см і механічному насосі продуктивністю 22 л/с була досягнута температура 0,85 К.

Для заміни зразків варто розібрати ущільнення 7, вийняти вміст посудини Дьюара і відвернути екран 3. Оскільки радіаційний екран не повинен бути газощільним, електричні вводи 9, що йдуть до зразка, можуть проходити через отвори в місці його приєднання, як показано на рис. 2.21, далі йти по стінках посудини 2 і виходити назовні через вакуумне ущільнення в кришці. При зміні зразків ці провідники не зачіпаються.

Якщо труби, на яких висить верхня гелієва посудина 2, досить довгі (наприклад, відстань від верхньої кришки до посудини 2 складає близько 45 см), посудина 4 для рідкого азоту, очевидно, необов'язкова. Однак при цьому через наявність посудини 1 і радіаційного екрана 3, розташованого нижче від посудини 2, загальна довжина установки надто велика.