2.4 Кріостат

За принципом роботи кріостати можна умовно розділити на дві групи: рідинні і газові. У рідинних кріостатах низька температура на зразку в основному створюється за допомогою мідного штиря, впаяного в дно металевого посудини з рідким холодоносієм (найчастіше азотом або гелієм). На нижньому кінці мідного штиря закріплюється зразок. Проміжні температури (між температурою рідкого холодоносія і кімнатної) досягаються підігрівом мідного стрижня, розташованого поблизу зразка, за допомогою електроспіралі. Для зменшення витрати холодоносія і зменшення потужності нагріву в розрив мідного стрижня близько нагрівача вводиться тепловий буфер, який представляє собою відрізок менш теплопровідного матеріалу, наприклад латуні. Вся система розміщується у вакуумну оболонку.

Рис. 8 Конструкція кріостата[1]

Схематичний вигляд конструкції газового азотного кріостату

Останнім часом все більшу популярність завойовують газові – проточні кріостати, в яких охолодження, а іноді і нагрівання здійснюються обдуванням газоподібним холодоагентом самого зразка або продувкою газоподібного холодоносія через порожнину в столику–тримачі зразка. Однак конструкції таких кріостатів досить складні і іноді містять до трьох каналів регулювання температури.

Оригінальна і відносно проста конструкція азотного газового кріостата, виконаного у вигляді приставки до транспортної посудини Дьюара АСД–15 (СДП–16) представлена ​​на рис.8.

Кріостат працює так. При роботі нагрівача 12 підвищується тиск азоту в посудині Дьюара 11, в результаті рідкий азот 10 піднімається в заглушеній трубці 8 до рівня отвору 7. Газоподібний азот рухається по центральній трубці 9 (його шлях вказаний стрілками) і, охолоджуючись в коаксіалі 8 до температури рідкого азоту, обдуває мідний тримач 2 із зразком 1. Потім по коаксіальній реверсній магістралі 5 він виходить в атмосферу. Температура потоку змінюється електричним нагрівачем 4. На трубці 5 закріплений роз'ємний теплової екран 3, температура якого близька до температури тримача. Роз'єм 6 служить для виведення проводів, роз'єм 13 – для підключення до вакуумного насосу. Температура зразка легко контролюється терморегулятором, реалізованим на основі мікро ЕОМ, з похибкою ± 0,05 К в діапазоні температур 77 ... ... 500 К. При зміні температури на кілька градусів тривалість перехідного процесу всього близько 60 с. Очевидно, що за таким принципом можна виготовити і гелієвий кріостат.

2.4.1 Опис тримача кріостата

Для закріплення дослідного кристалу використовуються підпружинені контакти 2(див. рис. 9), довжину яких можна регулювати, що дозволяє міняти розміри досліджуваного об’єкта, також біля них розташована термопара.

Після закріплення кристалу між контактами, встановлюємо на групу контактів нагрівальний лемент 1(рис. 9), даному випадку це є трубка на якій намотаний резистивний провідник. Після цього нагрівальний елемент за допомогою проводів підключається до джерела струму. Все це герметично закривається футляром 5 (рис. 9) на штатив 3(рис 9. та 10) за допомогою замка 4 (рис. 9). За допомогою трубки 1 (рис. 10) з середини футляра викачується повітря. Всі параметри досліджуваного елемента знімається за допомогою групи контактів 2(рис. 10) які з’єднані з підпружиненими контактами, нагрівальним елементом та термопарою.

Рис. 9 Конструкція кріостата (передня частина)

Рис. 10 Конструкція кріостата (задня частина)