Kryostaatti ( termostaatin erikoistapaus ) on laite, joka on lämpöeristetty ympäristöstä alhaisen lämpötilan saavuttamiseksi, alle -60 °C (200 K). Siinä alhainen lämpötila säilyy johtuen lämmönvaihdosta ulkopuolisen alhaisten lämpötilojen lähteen kanssa . Sellaisena lähteenä käytetään kryoagentteja , kuten nestemäisiä kaasuja , joilla on alhainen kondensaatiolämpötila ( typpi , vety , helium ) .
Mikä tahansa kryostaatti vaatii työtilavuuden lämpöeristyksen ympäristöstä. Mitä alhaisempi työtilavuuden lämpötila on, sitä korkeammat lämmöneristysvaatimukset ovat. Nestemäisellä typellä tai hapella täytetyt kryostaatit käyttävät usein korkeatyhjiölämpöeristystä. Heliumkryostaateissa käytetään tällaisen eristyksen lisäksi ylimääräisiä jäähdytettyjä suurtyhjiöastioita (kryostaatti kryostaatissa), joten ulkoseinien lämpösäteilyn aiheuttamat häviöt vähenevät . Ulkoseinien jäähdytysaineena voidaan käyttää apukryoainetta (esimerkiksi nestemäistä typpeä). Sitten nestemäisen typen aluetta ympäröi kryostaatti, jossa on nestemäisellä heliumilla jäähdytetty kammio. Jos jäähdytetty tilavuus laitetaan nesteeseen, niin näytteen lämpötila muuttuu melko kapealla nestetila-alueella, joten jäähdytetty tilavuus sijoitetaan yleensä joko kryoagenssihöyryyn tai yksinkertaisesti lämmönvaihtimelle .
On olemassa järjestelmiä, joissa ei käytetä nestemäisiä kryoagentteja, niin sanottuja kuivia ( kryogeenivapaita ) kryostaatteja . Tässä tapauksessa työnesteenä käytetään korkeapaineista heliumia, joka pumpataan huokoisen materiaalin läpi kaasun laajenemismuodossa alueelle, jossa on alennettu paine, mikä johtaa jäähtymiseen .
Jopa 77 K:n lämpötilojen saavuttamiseksi Dewar-astioissa käytetään nestemäistä typpeä, Dewar-astioissa enintään 1,5 K - nestemäistä helium-4 :ää pumppauksella , enintään 0,24 K - helium-3 :a suljetun syklin kryostaateissa, enintään 10 mK. - helium-3:n ja helium-4:n seos laimennusjääkaapeissa .
Kryostaatteja ei käytetä vain pienen tilavuuden jäähdyttämiseen minimilämpötiloihin, vaan myös massiivisten suprajohtavien magneettien jäähdyttämiseen kriittisten arvojen alapuolelle [1] .
Kryostaatin työtilavuuden lämpötilaa voidaan ohjata lämmittimien avulla, muuttamalla kryostaattia täyttävän kryoaineen päällä olevaa höyrynpainetta tai lämmittämällä kryoagenssihöyryä tai yksinkertaisella lämmönvaihdolla metalliosien ja näytteen välillä.
Kryostaatit vaihtelevat
Arkharov A. M., Marfenina I. V., Mikulin E. I. Kryogeeniset järjestelmät. Osa 1. Teorian ja laskennan perusteet. - M .: Mashinostroenie, 1996. - 576 s. — ISBN 5-217-02584-0 .