Краткое описание
Для снижения вибраций на образце в криостатах на базе криорефрижераторов типа Гиффорд-МакМагона ГМ разработаны специальные интерфейсы для устранения прямого контакта между самим рефрижератором и держателем образца. С этой целью может использоваться гелиевый газ (или жидкость в случае работы при температурах ниже 4 К), ограниченный замкнутым объемом, либо гибкие медные теплопроводы («косички»). При этом блок образца монтируется на одной базе (например, на оптическом столе), а криорефрижератор – на другой (обычно на напольном суппорте). Уровень вибраций в таких криостатах обычно составляет единицы или десятки нанометров.
В случае с использованием гелиевого теплопередающего интерфейса такие криостаты обычно работают в строго вертикальном положении (требуется высокая соосность криорефрижератора и блока с образцом), хотя встречаются исполнения с отклонением до 35-40º от вертикали, при этом требуется сложная конструкция суппорта. Система с гибкими медными теплопроводами имеет больше возможностей по конфигурации.
Обычно такие криостаты используются для оптических экспериментов с высокими требованиями к вибрациям (например, в криомикроскопии, или в случае взаимодействия образца с узким лазерным пучком), однако возможны и неоптические исполнения.
Области применения
— оптические эксперименты с высокими требованиями к вибрациям на образце;
— Мёссбауэровская спектроскопия;
— исследования квантовых точек;
— фотолюминесценция и микрофотолюминесценция (Micro-PL);
— микроскопия и микроспектроскопия;
— электро- и магнитно-оптические эксперименты;
— рамановская спектроскопия (спектроскопия комбинационного рассеивания), в том числе микрорамановская спектроскопия;
— исследования наночастиц;
— эллипсометрия;
— магнитно-оптический эффект Керра.
Основные преимущества
— сверхнизкий (от 3 до 50 нм) уровень вибраций;
— различные варианты исполнения оконного блока – вертикальный (для горизонтального луча) либо горизонтальный (L-образный модуль с оконным блоком, для вертикального луча, например, в микроскопии)
— возможность модификации криостата в будущем, в том числе принципиальная возможность иметь два типа оконных блоков;
— возможность установить окна большого диаметра;
— широкие возможности по кастомизации.
Комплект поставки
— Криостат;
— Гелиевый компрессор;
— Шланги гелиевые от компрессора к криостату (стандартная длина — 3 метра, зависит от модели используемого рефрижератора);
— Электрический провод от компрессора к криостату (длина совпадает с длиной гелиевых линий).
Дополнительное оборудование
— температурные контроллер и/или монитор;
— средства откачки вакуума: пластинчато-роторные (масляные) и спиральные насосы, турбомолекулярные откачные посты (в сухом и масляном исполнении); а также азотные ловушки;
— набор вакуумной арматуры для соединения с линией откачки;
— дополнительное оптическое оборудование, необходимое для измерений заказчика;
— водяные чиллеры для устранения необходимости в подключении к водопроводу для охлаждения компрессора;
— гелиевые линии и электрический провод увеличенной длины (до 20 метров);
— баллон с газообразным гелием с редуктором – для систем с гелиевым интерфейсом снижения вибраций;
— напольный суппорт для криостата с учетом всех пожелания Заказчика.
Стандартная конфигурация криостата (для версии с вертикальным оконным блоком)
— вакуумный корпус с 4 оптическими портами для установки окон, расположенными со сдвигом 90°;
— радиационный экран (ИК-экран) из полированного алюминия с зеркальным покрытием для снижения тепловой нагрузки, с 4-мя оптическими портами на оптических осях криостата, F=1.0;
— 4 оптических окна из плавленого кварца марки КУ-1 диаметром на просвет не менее 30 мм;
— 4 заглушки для установки в оптические порты;
— для версии с гелиевым интерфейсом снижения вибраций: фланец для монтажа криостата на напольный стенд, сбросной клапан, клапан напуска гелия, гибкий резиновый сильфон, резиновый шар для гелия
— инструментальная юбка криостата с установленным на ней откачным вакуумным сильфонным клапаном, аварийным клапаном сброса давлением, 10-контактным вакуумным разъемом для присоединения криостата к контроллеру температуры и свободными портами для установки разъемов для нужд заказчика;
— сорбционный насос, установленный на первой ступени криорефрижератора;
— суппорт держателя образца из бескислородной меди с управляющим нагревателем и датчиком температуры;
— держатель образца из бескислородной меди, позолоченный, оптический.
Доступные опции
— исполнение для микроскопии (L-образный оконный блок, заменяет вертикальный оконный блок): 1 окно из плавленого кварца марки КУ-1 диаметром на просвет не менее 25 мм для экспериментов на отражение. Соответственно изменяется конфигурация радиацонного экрана. Опционально доступна установка дополнительного окна для выполнения измерений на пропускание. L-образный оконный блок возможно установить как вертикально, так и горизонтально;
— провода различной конфигурации (витая пара, коаксиальные, оптоволокно), проведенные от держателя образца до инструментальной юбки криостата и соединенные с вакуумно-плотным разъемом, установленным в свободный порт;
— дополнительные датчики температуры, устанавливаемые на держатель образца и/или сам образец;
— ступень 500 К (может повысить базовую температуру криостата на 1-2 К);
— ступень 800 К (повышает базовую температуру криостата на 1-4 К);
— замена материала окон на любой другой в зависимости от требований заказчика, в том числе бериллий или каптон для Мёссбауэровских экспериментов;
— изготовление держателей образца согласно требованиям заказчика;
— изменение размеров пространства образца, конфигурации оконного блока и т.п. для специальных применений (для использования совместно с магнитами; для больших образцов и т.п.);
— установка оптического окна в торец криостата (при использовании вертикального оконного блока).
Технические характеристики
Тип криостата |
Сухой криостат с интерфейсом снижения вибраций на базе рефрижератора типа «Гиффорд-МакМагон» |
Базовая температура |
От 2.5 до 20+ К в зависимости от используемого криорефрижератора |
Максимальная температура |
325 К в стандартном исполнении
500 / 800 К при заказе специальной ступени |
Стабильность температуры |
Не хуже 0.1 К (при Т = 4 … 10 К), не хуже 0.7 — 0.8 К (при Т=200 … 300 К) |
Холодопроизводительность |
Для 4 К криорефрижераторов – от 0.1 до ~1.2 Вт при 4.2 К
Для 6 / 10 К криорефрижераторов – от 1 до до 11 Вт при 20 К; от 0.3 до 4 Вт при 10 К.
При использование гелиевого интерфейса снижения вибраций холодопроизводительность на образце уменьшается примерно в 1.5-2 раза по сравнению с холодопроизводительностью на второй ступени криорефрижератора |
Время охлаждения от комнатной температуры до базовой |
От 180 до 250 мин. в зависимости от используемого криокулера и параметров криостата |
Производители криогенных рефрижераторов |
— Sumitomo Heavy Industries (SHI), Япония/США
— Pride Cryogenics, Китай
— Vacree, Китай
— Advanced Research Systems (ARS), США
— НТК «Криогенная техника», Россия
Возможно изготовление криостатов на базе иных криорефрижераторов. |
Оптический доступ |
Стандартное исполнение: 4 окна из плавленого кварца марки КУ-1 диаметром на просвет не менее 30 мм.
Исполнение для микроскопии: 1 окно из плавленого кварца марки КУ-1 диаметром на просвет не менее 25 мм для экспериментов на отражение.
Возможна замена окошек на окна из другого материала.
Возможна установка дополнительного окна в торец криостата. |
Охлаждение компрессора |
Водяное. Опционально доступна поставка чиллера |
Требования по питанию |
380 В / 3 ф / 50 Гц в зависимости от компрессора.
Потребляемая мощность – от 5 до 12 кВт (в зависимости от используемого компрессора и криофрижератора) |