Микрокриогенная система
Cтраница 2
Следует особо отметить быстрое внедрение в исследовательскую практику сравнительно несложных и недорогих криостатов с микрокриогенными системами. [16]
Таким образом, тепло, поглощенное матрицей или окошком ( скрытая теплота конденсации, излучение при фотолизе или при регистрации спектра, тепловое излучение через отверстия в экране), должно передаваться через материал окошка, затем к прокладке и далее через медный блок к хладагенту или микрокриогенной системе. Наиболее эффективна теплопередача на последней стадии, а наименее эффективна - на первой. Поэтому важно, чтобы температура, фиксируемая термопарой, соответствовала температуре окошка, а не медного блока. Следовательно, спай термопары должен находиться в тесном контакте с окошком, лучше всего в небольшом отверстии, высверленном в окошке, и не должен соприкасаться с металлическими частями блока. Кроме того, для уменьшения притока тепла к окошку по проводам термопары их обычно обматывают вокруг холодных частей криостата и таким способом снижают их температуру на пути к окошку. [17]
Контролируемые отжиг матрицы и диффузия имеют очень большое значение для анализа экспериментальных результатов. Поэтому возможность изменять температуру матрицы является важнейшей характеристикой эксперимента и, вероятно, основным преимуществом новейших криостатов с микрокриогенными системами. После удаления хладагента температура быстро возрастает и единственным способом охлаждения служит новое переливание хладагента, когда температура сразу падает соответственно до 4 или 20 К. Микрокриогенная установка позволяет регулировать не только температуру матрицы, но и скорость ее изменения. Таким путем осуществляют намного более тщательное изучение отжига и диффузии в матрице. [18]
 |
Компоновка труб в теплообменниках з спаянных трубок.| Змеевиковые теплообменники типа труба в трубе с сребренными трубками. [19] |
В таких теплообменниках легко осуществить теплообмен между несколькими потоками по противоточной схеме. Чаще всего эти теплообменники выполняют в виде змеевика ( рис. 5.48) и используют при малых расходах теплоносителей ( примерно до 0 05 м3 / с) в микрокриогенных системах, лабораторных ожижителях водорода и гелия, для утилизации холода испаряющихся криоагентов. Для расчета теплообмена используют эмпирические соотношения, применяемые для расчета теплообмена в изогнутых трубах. [20]
Для всех микрокриогенных устройств характерно то, что малая тепловая нагрузка и малые габариты приводят к резкому увеличению удельного веса потерь холода. В микросистемах потери холода обычно превышают полезную тепловую нагрузку. Это обстоятельство существенно затрудняет расчет микрокриогенных систем, поскольку точное определение всех потерь невозможно. [21]
Для надежной и высокоэффективной работы различных радиоэлектронных устройств, квантовых генераторов и усилителей, инфракрасных приемников излучения необходимо обеспечить их интенсивное охлаждение вплоть до температур жидкого гелия. Обычно размеры охлаждаемых элементов очень малы, отводимое тепло не превышает 1 - 2 вт, а габаритные размеры жестко ограничены. Отсюда следует необходимость в использовании очень малых - микрокриогенных систем. К таким низкотемпературным устройствам предъявляются следующие основные требования: компактность, малая масса, быстрота действия, высокая надежность. Тепловой насос и детандерный рефрижератор в значительной степени удовлетворяют этим требованиям; на их основе был разработан ряд таких устройств. Так, например, миниатюрный рефрижератор, предназначенный для охлаждения инфракрасных детекторов, работает по циклу детандера с регенератором в мертвом объеме. Характеристики рефрижератора следующие: диаметр цилиндра 5 1 мм, длина 50 мм, регенератор диаметром 2 4 мм размещен внутри поршня. Теплоизоляция выполнена в виде сосуда Дьюара. [22]
Первые эксперименты, которые можно связать со становлением данного метода, были осуществлены в 1924 г. в криогенной исследовательской лаборатории Каммерлинг Оннеса в Лейдене. Так как эти хладагенты были малодоступны в то время, подобные эксперименты не повторялись и не разрабатывались в течение почти 30 последующих лет. В начале 50 - х годов в США ( Бройда в Вашингтоне и Пиментел в Беркли) начали использовать метод матричной изоляции при исследовании атомов и активных молекул, однако развитие этого метода происходило медленно до тех пор, пока в начале 60 - х годов жидкий гелий не стал более доступен. В последние несколько лет применение микрокриогенных систем позволило расширить эксперименты по матричной изоляции за пределами США и исключить зависимость от снабжения жидким гелием. [23]
Микрокриогенные установки цилиндрической формы, изготовляемые в настоящее время, легко могут быть установлены в криостате вместо объема с хладагентом. Вес системы, в которой используется гелий, довольно велик, и поэтому ее помещают в прочный металлический кожух, который служит вакуумным кожухом криостата. Типичный криостат данного типа показан на рис. 3.6. В - вакуумном кожухе имег ются оптические окошки и вводы для матричного вещества; при необходимости могут быть установлены нагревательные устройства и окошки для фотолиза. Если микрокриогенная установка смонтирована во внешнем кожухе, имеющем резиновые уплотнения круглого сечения, ее можно легко поворачивать, совмещая внутреннее охлаждаемое окошко с оптической осью спектрометра или с трубкой для подвода газа либо с окошком для фотолиза. Наиболее холодные внутренние части криостата защищают от теплового излучения экраном, который охлаждается за счет контакта с промежуточной ступенью двухступенчатой микрокриогенной системы. [24]
Страницы: 1 2