Kryostat

Héliový zmiešavací kryostat-vnútorná časť

Kryostat (grécky: κρυος – kryos – „chlad“) je chladiace zariadenie, pomocou ktorého sa objekt udržiava pri nízkej teplote na úkor vonkajšieho chladiaceho zdroja. Zvyčajne týmto chladiacim zdrojom je skvapalnený plyn s nízkym bodom varu ako je kyslík, argón, dusík a hélium. Používajú sa v experimentálnej fyzike, medicíne, biológii, chémii a vo viacerých technických disciplínach…

Schématické znázornenie vnútornej héliovej časti kryostatu pre merania tepelných vlastností bez tepelne tieniacej dusíkovej nádoby

V každom kryostate je nevyhnutná tepelná izolácia pracovného objemu od okolia. Čim je nižšia dosahovaná teplota, tým je dôležitejšia dobrá tepelná izolácia. V kryostatoch s použitím kvapalného dusíka, kyslíka a argónu sa často používa vysokovákuová tepelná izolácia. Pre héliové kryostaty je táto izolácia nepostačujúca. Preto, aby sa znížili tepelné straty cez priľahlé steny, je nevyhnutné znížiť ich teplotu, čo sa dosahuje ochladením stien pomocným chladením, zvyčajne kvapalným dusíkom.

Typy kryostatov

podľa druhu chladiaceho média

• kyslíkové (bod varu −182,95 °C, resp 90,2 K)
• dusíkové (bod varu −195,79 °C, resp 77,36 K)
• argónové (bod varu −185,85 °C, resp 87,3 K)
• héliové (bod varu ⁴He je −268,94 °C, resp 4,21 K, ³He je −269,96 °C, resp 3,19 K)

údaje pri tlaku 1 bar

podľa materiálu, z ktorého sú zhotovené

• sklené
• kovové
• plastové

podľa typu aplikácie

• chladenie senzorov
• výskum elektrických, tepelných a mechanických vlastností látok
• pre rádiotechnológiu
• chladenie supravodivých magnetov
• v medicíne
  • magnetoencefalografia^{[chýba zdroj]}
  • magnetokardiografia^{[chýba zdroj]}
  • magnetorezonačná tomografia
  • uchovávanie zmrazených preparátov v histológii a biológii
• SQUID

kryostaty podľa spôsobu chladenia

• odparovaním kryogénnej kvapaliny (Teplotu pracovného objemu v kryostate regulujú zmeny tlaku pár nad chladiacou kvapalinou – čerpaním ich pár.)
  • prietokový s kvapalným ⁴He
  • ³He kryostat
  • ⁴He kryostat
• He3-He4 kryostat pracujúci so zmesou kvapalného ³He a ⁴He.
• pre adiabatickú demagnetizáciu paramagnetických solí
• pre adiabatickú jadrovú demagnetizáciu

Literatúra

• Ladislav Skrbek: Fyzika nízkych teplot[6]
• Štefan Jánoš: Svet v blízkosti absolútnej nuly [7]
• Josef Jelínek, Zdeněk Málek: Kryogenní technika [8]
• Randal F. Barron: Cryogenic Heat Transfer [9]
• Anthony Kent: Experimental Low Temperature Physics [10]
• Guglielmo Ventura, Lara Risegari: The Art of Cryogenics [11]
• Guy Kendall White: Experimental techniques in low-temperature physics [12]
• David Sheridan Betts: Refrigeration and thermometry below one Kelvin[13]
• Christian Enss, Siegfried Hunklinger: Low-temperature physics[14]
• O. V. Lounasmaa: Experimental principles and methods below 1 K[15]

Externé odkazy

• Štefan Jánoš: Fyzika nízkych teplôt