EP0283360A1 - Cryostat pour la caractérisation à température variable de corps sous faibles flux parasites - Google Patents

Cryostat pour la caractérisation à température variable de corps sous faibles flux parasites Download PDF

Info

Publication number
EP0283360A1
EP0283360A1 EP88400427A EP88400427A EP0283360A1 EP 0283360 A1 EP0283360 A1 EP 0283360A1 EP 88400427 A EP88400427 A EP 88400427A EP 88400427 A EP88400427 A EP 88400427A EP 0283360 A1 EP0283360 A1 EP 0283360A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cryostat according
cryostat
sample
conduit
support
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP88400427A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bruno Millon Fremillon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP0283360A1 publication Critical patent/EP0283360A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C3/00—Vessels not under pressure
    • F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • F17C3/08—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation by vacuum spaces, e.g. Dewar flask
    • F17C3/085—Cryostats

Definitions

  • the present invention relates to a cryostat for the characterization, at variable temperature, of bodies under weak parasitic fluxes.
  • a possible but not exclusive application concerns sensors or emitters of infrared radiation.
  • cryostats developed so far are not well suited for such uses. Their temperature stability is insufficient and they do not make it possible to establish a sufficiently dark medium for the radiation that one does not wish to capture. In addition, they take a long time to put into service and require a fairly large flow of cryogenic fluid.
  • the invention overcomes this double drawback: its object is a cryostat provided with means for stabilizing and adjusting the temperature to which the sample is brought, as well as means capable of reducing, by absorbing them, the parasitic fluxes which come disrupt measurements coming either from known and calibrated emissive sources, or from the environment.
  • the invention relates to a cryostat for the characterization of the electro-optical or optical properties of samples, in particular sensors or emitters of low intensity radiation, comprising a vacuum chamber containing a support on which the sample is fixed. characterize, a fluid circuit formed by a conduit for transporting a cryogenic fluid to the support and a conduit for discharging the cryogenic fluid outside the enclosure, characterized in that it comprises means for adjusting and stabilizing the temperature of the sample as well as means for absorbing parasitic radiation affecting the characterization of the sample.
  • the means for regulating and stabilizing the temperature of the sample firstly include an arrangement of the evacuation duct in annular section and surrounding the conveying duct. These conduits are separated by a space in which a vacuum is created.
  • a tube surrounds the evacuation duct with a clearance in which the vacuum is also produced.
  • the cryogenic fluid in the conveying conduit is liquid before arriving against the resistance and then vaporizes, and a filter made of thermal conductive material is placed at this point in the conveying conduit so as to homogenize the temperature of the fluid, and separating the liquid phase from the gas phase.
  • the electric wires connecting, if necessary, the support to an apparatus located outside the enclosure are preferably in contact with one or more sources at constant temperature in the enclosure to absorb heat losses.
  • the means suitable for reducing parasitic fluxes comprise, for their part, an envelope surrounding the support, the outer surface of which is provided with a reflective coating and the inner surface provided with an absorbent coating. Likewise, the parts of the cryostat located inside the envelope are covered with an absorbent coating.
  • the absorbent coating is advantageously composed of carbon grains of 85 microns or less in diameter, agglomerated by a binder.
  • FIG. 1 shows the cryostat as a whole. It consists of a vacuum enclosure 1, the content of which will be described in more detail below, of a bottle of cryogenic fluid such as liquid helium and of a fluid circuit 101 connecting the bottle 100 to the enclosure 1.
  • the fluid circuit 101 comprises a conduit 109 for the cryogenic fluid from the bottle 100 to the enclosure 1 and a conduit 112 for evacuating the cryogenic fluid from the enclosure 1.
  • the circulation of the cryogenic fluid is ensured by a pump 102.
  • a filter 103 at the inlet of the routing conduit 109 makes it possible to retain the suspensions of the cryogenic liquid.
  • the vacuum enclosure 1 is made up of two parts: a box 2 provided with a vacuum outlet 55, and a cover 3.
  • Figure 2 shows in detail the contents of the enclosure 1: an intermediate flange 5 placed on a shoulder 6 of the box 2 unites it to the cover 3 using bolts 7. Two circular joints 93 and 94 ensuring l seals are installed on either side of the intermediate box 5.
  • the box 2 is optionally provided with a transparent window 30 (shown in FIG. 3) if it is planned to carry out optical measurements on the sample.
  • the cover 3 includes a sleeve 46 for holding the fluid circuit 101 in place as well as a screen support 86 which is placed inside the enclosure 1.
  • the cylindrical sleeve consists of two concentric walls: an internal wall 206 which is connected to the screen support 86 at its lower end, and an external wall 207 which is connected to a flat part 208, sealing the box 2, of the cover 3.
  • a U-shaped tube 10 is located inside the vacuum enclosure 1; its two arms 8 and 11 are fixed on the screen support 86 and open out inside the sleeve 46, the second via an exchanger tube 12 which borders the internal surface of the screen support 86 and is wound on the periphery thereof, then a branch 200 which passes through the screen support 86 and the internal wall 206 of the sleeve 46.
  • the U-shaped tube 10 also maintains a cold head 4, sample support to characterize and which will be described later.
  • a screen 31 almost completely surrounds this cold head 4 as can also be seen in FIG. 3; it is held in place by a contact surface 87 on the screen support 86; its internal surface 33, oriented towards the cold head 4, comprises an absorbent coating 146, and its external surface 32 is reflective.
  • the fluid circuit 101 is concretely produced by means of two rods each formed from two concentric tubes connected at their ends.
  • the internal rod 113 is located in the inner tube of the external rod 110; it is centered approximately by engagement in a recess 123 of the screen support 86.
  • the external rod 110 is centered with a small clearance by engagement in the sleeve 46. It is provided with a shoulder 14 which comes into contact with a flange 13 to which the two walls 206 and 207 of the sleeve 46 are connected at their upper end; a clamp 15 maintains this contact by means of a thread 16 complementary to a thread of the rim 13.
  • a seal 128 is interposed between the rim 13 and the shoulder 14.
  • the exhaust duct 112 is formed in the interval between the two rods 110 and 113 and produced by means of the two centering operations mentioned above; the routing conduit 109 is formed in the inner tube of the inner rod 113. As a result, an interval 114 in which a vacuum is produced separates the two conduits; and another interval 111 in which the vacuum is produced separates the two tubes from the external rod 110, around the evacuation duct 112.
  • the branch 11 of the U-shaped tube 10 opens into the exchanger tube 12 which is wound on the periphery of the internal surface of the screen support 86. It is cut by the section plane of Figure 2, along two sections 120 and 202; the part of the exchanger tube 12 which connects these two sections passes in front of the cutting plane and is therefore not shown here.
  • the exchanger tube 12 is then wound around the recess 123 and ends at one end 204 which carries the branch 200.
  • centralizers 25 are introduced in the empty interval 114. They consist of a curved elastic strip 124 whose ends bear supports 125 oriented towards the concavity of the strip 124 and whose middle carries a support 126 oriented towards its convexity. The supports 125 are in contact with the internal tube of the internal rod 113, the supports 126 with its external tube. Trios of lamellae 124 arranged at different angles allow good centering of the two tubes of the internal rod 113. The heat losses due to the centralizers 25, rendered as insulating as possible, are very weak.
  • the cryogenic fluid originating from the bottle 100 and circulating in the conveying conduit 109 undergoes heating before entering the branch 8 of the U-shaped tube 10.
  • a heating resistor formed is used a coil 23 around a copper part 127 of the internal tube of the internal rod 113.
  • the coil 23 is disposed between electrical wires 21 and 22 connected to the outside of the installation and which pass inside a connection 24 which passes through the external tube of the internal rod 113 and the external rod 110; the winding of the winding is such that the magnetic fields it induces are nonexistent.
  • a metallic fabric 20 wound on itself is introduced into the routing conduit 109 opposite the winding 23. It serves both as a thermal conductor and as a phase separator. We will return to this point later.
  • the cold head 4 has a hollow in which an indium sheet 34 is deposited, then a support 35 for a sample 36 whose characteristics must be determined.
  • the cold head 4 can accommodate various screens 38 or 96 (the latter constituting FIG. 6) using bolt assemblies 95 depending on the properties of the sample 36.
  • the screen 38 or 96 is separated from the head cold by a radiation-tight seal 37, electrically insulating in the part 81, and in which are made passages for the electrical connections 80 connecting electrical contacts on the support 35 to the outside environment.
  • the connections 80 are formed by what is called a "dab": a double flat insulator enveloping several conductive wires.
  • the ends 81 of the wires are stripped before entering the joint 37, which limits the radiation transfers.
  • the screen 96 completely closing the volume in which the sample 36 is located can be used when the measurements to be carried out are in total darkness. But we can also perform optical measurements, and it is then a screen 38 provided with an opening opposite the sample 36 that must be used.
  • the screen can be closed by a cover 39 with a transparent passage 40 which defines an opening angle F of the beam 41 which can be observed after it has passed through the optical window 30 on the box 2, as shown Figure 3. It is obviously mandatory that the screen 31 is interrupted on the way to the beam 41.
  • the screen 38 has a hollow cylindrical part 129 surrounding the beam 41 and provided with circumferential grooves of triangular section on its internal surface 42 so as to absorb the parasitic radiation having reached the face 42 which could be reflected, which would disturb the beam F of the signal received by 36.
  • the requirement to absorb parasitic radiation and to work in as complete darkness as possible leads to covering the surfaces located inside the screen 31 with a suitable coating and in particular, in addition to the internal surface 33 of this screen 31: the external surfaces 145 and 144 of the branches 8 and 11 of the U-shaped tube 10, the surface 143 of the insulation of the electrical connections 80, the surfaces 142 or 141 of the screens 38 or 96 as well as the surfaces 140 of the cold head 4.
  • the surfaces located inside the casing 31 are covered with this coating.
  • a powder consisting of grains of activated carbon with a diameter of about 85 microns, smaller grains which may also be suitable, and which is agglomerated by means of an adhesive suitable for low temperatures.
  • the assembly has very good absorption properties, especially for infrared, and resistance to vacuum without degassing.
  • the cryogenic fluid passes from the bottle 100 to the vacuum enclosure 1 through the conveying conduit 109. It remains liquid until it has reached the coil 23 and is vaporized by the heat emitted by the latter.
  • the intensity of the current flowing through the winding 23 determines the extent of the overheating and therefore the temperature of the cryogenic vapor at the moment when it enters the branch 8 of the U-shaped tube.
  • the metal fabric 20 ensures a good distribution of the heating between all parts of the fluid and helps to separate the liquid and gas phases by capillarity.
  • the temperature of the cold head 4 and of the sample 36 is therefore, after a start-up period of the cryostat, that of the vapor which circulates in the U-shaped tube 10.
  • the steam After leaving the branch 11 of the U-shaped tube 10 and the distribution circuit 12, the steam enters the exhaust duct 112 which is surrounded by the gap 111 in which the vacuum has been created and which isolates it from the medium outside.
  • the heating of the vapor is therefore limited during its journey in the vacuum enclosure 1 towards the pump 102.
  • the other interval 114 in which the vacuum has been created separates the evacuation conduits 112 and d routing 109, it can be concluded that the heating of the cryogenic fluid during its journey between the bottle 100 and the vacuum enclosure 1 is also very reduced.
  • connections 80 are brought into contact with points of constant temperature and less and less cold when we s moves away from the support 35 of the sample 36.
  • these points are three in number.
  • a first point 88 establishes contact between the connections 80 and the cold head 4 and therefore maintains the connections 80 at a temperature very close to that of the sample 36;
  • a second point 89 establishes contact between the connections 80 and the branch 11 of the U-shaped tube 10, optionally by a thermal conductive connection 85;
  • a third point 90 establishes contact between the connections 80 and the screen support 86.
  • the cryostat according to the invention therefore has the double advantage of providing very good temperature stability prevailing in the vacuum chamber, as well as roughly total observation conditions in darkness which make it especially interesting for samples 36 to be characterized under low flux.
  • its thermal losses are very limited and it can be built with a very small size, which gives it a low thermal inertia also.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Cryostat pour caractérisation à température variable de capteurs sous faible flux. Il comprend des moyens de stabiliser avec une bonne précision la température du fluide refroidissant une tête froide (4), en particulier par la conception de la canne (101) contenant le conduit d'acheminement (109) et le conduit d'évacuation (112). Il comprend encore des moyens (écran 31 recouvert d'un revêtement absorbant) autour du corps à caractériser. Application en particulier aux capteurs infrarouges.

Description

  • La présente invention concerne un cryostat pour la caractérisation, à température variable, de corps sous faibles flux parasites. Une application possible mais non exclusive concerne les capteurs ou les émetteurs de rayonnement infra­rouge.
  • Les cryostats développés jusqu'ici ne sont pas bien adaptés à de telles utilisations. Leur stabilité en température est insuffisante et ils ne permettent pas d'établir un milieu suffisamment obscur aux rayonnements que l'on ne souhaite pas capter. De plus, ils sont longs à mettre en service et nécessitent un débit de fluide cryogène assez important.
  • L'invention remédie à ce double inconvénient : son objet est un cryostat pourvu de moyens de stabilisation et de réglage de la température à laquelle est porté l'échantillon, ainsi que de moyens propres à réduire, en les absorbant, les flux parasites qui viennent perturber les mesures en provenance soit des sources émissives connues et calibrées, soit de l'environnement.
  • Le soin apporté à limiter autant que possible les pertes thermiques permet également d'obtenir un appareil dont la consommation de fluide cryogène est faible, contrairement aux appareils de l'art antérieur.
  • Plus précisément, l'invention concerne un cryostat pour la caractérisation des propriétés électro-optiques ou optiques d'échantillons notamment capteurs ou d'émetteurs de rayonne­ments de faible intensité, comprenant une enceinte à vide contenant un support sur lequel est fixé l'échantillon à caractériser, un circuit fluide formé d'un conduit d'acheminement d'un fluide cryogène jusqu'au support et d'un conduit d'évacuation du fluide cryogène hors de l'enceinte, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de régler et de stabiliser la température de l'échantillon ainsi que des moyens d'absorber des rayonnements parasites affectant la caractérisation de l'échantillon.
  • Les moyens de régler et de stabiliser la température de l'échantillon comprennent tout d'abord une disposition du conduit d'évacuation en section annulaire et entourant le conduit d'acheminement. Ces conduits sont séparés par un espace dans lequel on réalise le vide. Avantageusement, un tube entoure le conduit d'évacuation avec un jeu dans lequel on réalise également le vide.
  • Ils comprennent ensuite une résistance chauffante bobinée autour du conduit d'acheminement. Le fluide cryogène dans le conduit d'acheminement est liquide avant d'arriver contre la résistance et se vaporise alors, et un filtre en matériau conducteur thermique est disposé à cet endroit dans le conduit d'acheminement de manière à homogénéiser la température du fluide, et à séparer la phase liquide de la phase gazeuse.
  • Les fils électriques reliant, le cas échéant, le support à un appareillage situé hors de l'enceinte sont de préférence en contact avec une ou plusieurs sources à température constante dans l'enceinte pour absorber les pertes thermiques.
  • Les moyens propres à réduire les flux parasites comprennent, quant à eux, une enveloppe entourant le support, dont la surface extérieure est pourvue d'un revêtement réfléchissant et la surface intérieure pourvue d'un revêtement absorbant. De même, les parties du cryostat situées à l'intérieur de l'enveloppe sont recouvertes d'un revêtement absorbant.
  • Dans le cas de rayonnements infrarouges, le revêtement absorbant est avantageusement composé de grains de carbone de 85 microns ou moins de diamètre, agglomérés par un liant.
  • On va maintenant décrire plus précisément l'invention à l'aide des figures annexées dont l'énumération suit, et qui illustrent un mode de réalisation préféré de façon non limitative :
    • - la figure 1 représente une vue générale de l'invention en coupe,
    • - la figure 2 représente une vue partielle selon la coupe II-II de la figure 1,
    • - la figure 3 représente une vue partielle selon la coupe III-III de la figure 1,
    • - la figure 4 représente une vue partielle de la figure 2,
    • - la figure 5 représente une vue partielle de la figure 1,
    • - la figure 6 représente un dispositif susceptible de remplacer un dispositif équivalent montré figure 5, et
    • - la figure 7 représente en perspective un détail des conduits selon l'invention.
  • La figure 1 représente le cryostat dans son ensemble. Il se compose d'une enceinte à vide 1 dont on va décrire le contenu plus en détail ci-dessous, d'une bouteille de fluide cryogène tel que l'hélium liquide et d'un circuit fluide 101 reliant la bouteille 100 à l'enceinte 1. Le circuit fluide 101 comprend un conduit d'acheminement 109 du fluide cryogène de la bouteille 100 à l'enceinte 1 et un conduit d'évacuation 112 du fluide cryogène hors de l'enceinte 1. La circulation du fluide cryogène est assurée par une pompe 102. Un filtre 103 à l'entrée du conduit d'acheminement 109 permet de retenir les suspensions du liquide cryogène. L'enceinte à vide 1 se compose de deux parties : une boîte 2 munie d'une prise à vide 55, et un couvercle 3.
  • La figure 2 présente en détail le contenu de l'enceinte 1 : une bride intermédiaire 5 posée sur un épaulement 6 de la boîte 2 unit celle-ci au couvercle 3 à l'aide de boulons 7. Deux joints circulaires 93 et 94 assurant l'étanchéité sont installés de part et d'autre de la boîte intermédiaire 5.
  • La boîte 2 est pourvue facultativement d'une fenêtre transparente 30 (représentée figure 3) si on prévoit d'effectuer des mesures optiques sur l'échantillon.
  • Le couvercle 3 comprend un manchon 46 pour maintenir en place le circuit fluide 101 ainsi qu'un support d'écran 86 qui est placé à l'intérieur de l'enceinte 1. Le manchon cylindrique est constitué de deux parois concentriques : une paroi interne 206 qui se raccorde au support d'écran 86 à son extrémité inférieure, et une paroi externe 207 qui se raccorde à une partie plane 208, obturant la boîte 2, du couvercle 3.
  • Un tube en U 10 est situé à l'intérieur de l'enceinte à vide 1 ; ses deux branches 8 et 11 sont fixées sur le support d'écran 86 et débouchent à l'intérieur du manchon 46, la seconde par l'intermédiaire d'un tube échangeur 12 qui côtoie la surface interne du support d'écran 86 et est enroulé sur la périphérie de celui-ci, puis d'un embranchement 200 qui traverse le support d'écran 86 et la paroi interne 206 du manchon 46. Le tube en U 10 maintient en outre une tête froide 4, support de l'échantillon à caractériser et que l'on décrira plus loin. Un écran 31 entoure presque complètement cette tête froide 4 comme on le voit également figure 3 ; il est maintenu en place par une surface de contact 87 sur le support d'écran 86 ; sa surface interne 33, orientée vers la tête froide 4, comporte un revêtement absorbant 146, et sa surface externe 32 est réfléchissante.
  • Le circuit fluide 101 est concrètement réalisé au moyen de deux cannes formées chacune de deux tubes concentriques reliés à leurs extrémités. La canne interne 113 est située dans le tube intérieur de la canne externe 110 ; elle est centrée approximativement par engagement dans un renfoncement 123 du support d'écran 86. La canne externe 110 est centrée avec un faible jeu par engagement dans le manchon 46. Elle est munie d'un épaulement 14 qui entre en contact avec un rebord 13 auquel se raccordent les deux parois 206 et 207 du manchon 46 à leur extrémité supérieure ; une bride de serrage 15 maintient ce contact grâce à un filetage 16 complémentaire d'un filetage du rebord 13. Un joint d'étanchéité 128 est interposé entre le rebord 13 et l'épaulement 14.
  • Le conduit d'évacuation 112 est ménagé dans l'intervalle entre les deux cannes 110 et 113 et réalisé au moyen des deux centrages évoqués ci-dessus ; le conduit d'acheminement 109 est ménagé dans le tube interne de la canne interne 113. Il en résulte qu'un intervalle 114 dans lequel on réalise le vide sépare les deux conduits ; et un autre intervalle 111 dans lequel on réalise le vide sépare les deux tubes de la canne externe 110, autour du conduit d'évacuation 112.
  • Un joint 9 en indium, pressé entre le fond du renfoncement 123 et la canne interne 113, assure une séparation entre les deux conduits 109 et 112 qui ne communiquent que par le tube en U 10 dont l'orifice 121 de la branche 8 se trouve en regard de l'orifice 115 du conduit d'acheminement 109. La branche 11 du tube en U 10 débouche dans le tube échangeur 12 qui est enroulé sur la périphérie de la surface interne du support d'écran 86. Il est coupé par le plan de coupe de la figure 2, suivant deux sections 120 et 202 ; la partie du tube échangeur 12 qui relie ces deux sections passe à l'avant du plan de coupe et n'est donc pas représentée ici. Le tube échangeur 12 est ensuite enroulé autour du renfoncement 123 et s'achève en une extrémité 204 qui porte l'embranchement 200.
  • Cette disposition garantit un bon refroidissement du support d'écran 86 et de l'écran 31 lui-même par le contact du fluide cryogène. La figure 7 la représente plus précisément.
  • D'autres détails de construction apparaissent plus clairement sur la figure 4. Comme il est essentiel de centrer les deux tubes de la canne interne 113 aussi bien que possible, on introduit des centreurs 25 dans l'intervalle vide 114. Ils se composent d'une lamelle élastique 124 incurvée dont les extrémités portent des appuis 125 orientés vers la concavité de la lamelle 124 et dont le milieu porte un appui 126 orienté vers sa convexité. Les appuis 125 sont en contact avec le tube interne de la canne interne 113, les appuis 126 avec son tube externe. Des trios de lamelles 124 disposés à des angles différents permettent de réaliser un bon centrage des deux tubes de la canne interne 113. Les pertes thermiques dues aux centreurs 25, rendus aussi isolants que possible, sont très faibles.
  • D'après l'invention, le fluide cryogène issu de la bouteille 100 et circulant dans le conduit d'acheminement 109 subit un réchauffement avant de pénétrer dans la branche 8 du tube en U 10. A cet effet, on emploie une résistance chauffante formée d'un bobinage 23 autour d'une partie en cuivre 127 du tube interne de la canne interne 113. Le bobinage 23 est disposé entre des fils électriques 21 et 22 reliés à l'extérieur de l'installation et qui passent à l'intérieur d'un raccordement 24 qui traverse le tube externe de la canne interne 113 et la canne externe 110 ; l'enroulement du bobinage est tel que les champs magnétiques qu'il induit sont inexistants.
  • Une toile métallique 20 enroulée sur elle-même est introduite dans le conduit d'acheminement 109 en regard du bobinage 23. Elle sert à la fois de conducteur thermique et de séparateur de phases. On reviendra plus loin sur ce point.
  • Sur la figure 5, la tête froide 4 présente un creux dans lequel sont déposés une feuille d'indium 34, puis un support 35 d'un échantillon 36 dont il faut déterminer les caractéristiques. La tête froide 4 peut accueillir divers écrans 38 ou 96 (ce dernier constituant la figure 6) à l'aide d'assemblages à boulons 95 en fonction des propriétés de l'échantillon 36. L'écran 38 ou 96 est séparé de la tête froide par un joint 37 étanche au rayonnement, isolant électrique dans la partie 81, et dans lequel sont ménagés des passages pour les connexions électriques 80 reliant des contacts électriques sur le support 35 au milieu extérieur. Selon une réalisation préférée, les connexions 80 sont formées par ce qu'on appelle une "limande": un double isolant plat enveloppant plusieurs fils conducteurs. Avantageusement, les extrémités 81 des fils sont dénudées avant de pénétrer dans le joint 37, ce qui limite les transferts de rayonnement.
  • L'écran 96 closant entièrement le volume dans lequel se trouve l'échantillon 36 peut être employé quand les mesures à effectuer sont à l'obscurité totale. Mais on peut aussi effectuer des mesures optiques, et c'est alors un écran 38 muni d'une ouverture en face de l'échantillon 36 qu'il faut utiliser. L'écran peut être fermé par un capot 39 avec un passage transparent 40 qui définit un angle d'ouverture F du faisceau 41 que l'on peut observer après qu'il a traversé la fenêtre optique 30 sur la boîte 2, telle que représentée figure 3. Il est évidemment obligatoire que l'écran 31 soit interrompu sur le chemin du faisceau 41.
  • De façon avantageuse, l'écran 38 possède une partie cylindrique creuse 129 entourant le faisceau 41 et munie de rainures circonférentielles à section triangulaire sur sa surface intérieure 42 de manière à absorber les rayonnements parasites ayant atteint la face 42 qui pourraient être réfléchis, ce qui perturberait le faisceau F du signal reçu par 36.
  • Plus généralement, l'exigence d'absorber les rayonnements parasites et de travailler dans une obscurité aussi complète que possible amène à recouvrir les surfaces situées à l'intérieur de l'écran 31 d'un revêtement adapté et notamment, outre la surface interne 33 de cet écran 31 : les surfaces externes 145 et 144 des branches 8 et 11 du tube en U 10, la surface 143 de l'isolant des connexions électriques 80, les surfaces 142 ou 141 des écrans 38 ou 96 ainsi que les surfaces 140 de la tête froide 4. En résumé, toutes les surfaces des éléments se trouvant à l'intérieur de l'enveloppe 31 sont recouvertes de ce revêtement.
  • On préconise l'emploi d'une poudre constituée de grains de charbon actif de diamètre d'environ 85 microns, des grains plus petits pouvant également convenir, et que l'on agglomère au moyen d'une colle adaptée aux basses températures.
  • L'ensemble a de très bonnes propriétés d'absorption, notamment pour l'infrarouge, et de tenue sous vide sans dégazage.
  • Il reste encore à décrire la façon dont on réalise la stabilité et le réglage de la température à l'intérieur de l'enceinte à vide 1 après pompage de son atmosphère par la pompe 55, ainsi que les dispositions prises pour limiter les pertes thermiques.
  • Le fluide cryogène passe de la bouteille 100 l'enceinte à vide 1 par le conduit d'acheminement 109. Il reste liquide jusqu'à ce qu'il ait atteint le bobinage 23 et est vaporisé par la chaleur émise par celui-ci. L'intensité du courant parcourant le bobinage 23 détermine l'importance de la surchauffe et donc la température de la vapeur cryogène au moment où elle pénètre dans la branche 8 du tube en U. La toile métallique 20 assure une bonne répartition de l'échauffement entre toutes les parties du fluide et contribue à séparer les phases liquide et gazeuse par capillarité.
  • La température de la tête froide 4 et de l'échantillon 36 est donc, après une période de mise en route du cryostat, celle de la vapeur qui circule dans le tube en U 10.
  • Après avoir quitté la branche 11 du tube en U 10 et le circuit de répartition 12, la vapeur entre dans le conduit d'évacuation 112 qui est entouré de l'intervalle 111 dans lequel le vide a été réalisé et qui l'isole du milieu extérieur. Le réchauffement de la vapeur est donc limité lors de son trajet dans l'enceinte à vide 1 vers la pompe 102. Comme d'autre part l'autre intervalle 114 dans lequel le vide a été réalisé sépare les conduits d'évacuation 112 et d'acheminement 109, on peut conclure que le réchauffement du fluide cryogène lors de son trajet entre la bouteille 100 et l'enceinte à vide 1 est également très réduit.
  • La façon dont on limite les pertes thermiques dues aux connexions 80 doit être examinée à l'aide de la figure 1. On y constate que les connexions 80 sont mises en contact avec des points de température constante et de moins en moins froide quand on s'éloigne du support 35 de l'échantillon 36.
  • Dans une réalisation possible, ces points sont au nombre de trois. Un premier point 88 établit un contact entre les connexions 80 et la tête froide 4 et maintient donc les connexions 80 à une température très proche de celle de l'échantillon 36 ; un deuxième point 89 établit un contact entre les connexions 80 et la branche 11 du tube en U 10, éventuellement par un raccord conducteur thermique 85 ; un troisième point 90 établit un contact entre les connexions 80 et le support d'écran 86.
  • Le cryostat selon l'invention présente donc le double avantage de fournir une très bonne stabilité de la température régnant dans l'enceinte à vide, ainsi que des conditions d'observation en obscurité à peu près totales qui le rendent spécialement intéressant pour des échantillons 36 devant être caractérisés sous faible flux. De plus, ses pertes thermiques sont très limitées et il peut être construit avec une taille très faible, ce qui lui confère une inertie thermique faible également.
  • Il doit donc représenter un outil intéressant pour les applications générales de la cryogénie et plus particulièrement pour la caractérisation d'éléments récepteurs et émetteurs d'infrarouge aux très basses températures.

Claims (14)

1. Cryostat pour la caractérisation des propriétés électromagnétiques ou électro-optiques d'échantillons (36) notamment de capteurs ou d'émetteurs de rayonnements de faible intensité, comprenant une enceinte à vide (1) contenant un support (4) sur lequel est fixé l'échantillon (36) à caractériser, un circuit fluide formé d'un conduit d'acheminement (109) d'un fluide cryogène jusqu'au support (4) et d'un conduit d'évacuation (112) du fluide cryogène hors de l'enceinte (1), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de régler et de stabiliser la température de l'échantillon (36) ainsi que des moyens d'absorber des rayonnements parasites affectant la caractérisation de l'échantillon.
2. Cryostat suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de régler et de stabiliser la température de l'échantillon (36) comprennent une disposition du conduit d'évacuation (112) en section annulaire et entourant le conduit d'acheminement (109).
3. Cryostat suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les conduits d'acheminement (109) et d'évacuation (112) sont séparés par un espace (114) dans lequel on réalise le vide.
4. Cryostat suivant l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les conduits d'acheminement (109) et d'évacuation (112) sont rendus concentriques par des centreurs (25) à faibles pertes constitués de trios de lamelles (124) parallèles à l'axe des conduits ( 109, 112), ces lamelles (124) étant incurvées et déformables de façon à ce que leurs extrémités appuient sur un des conduits et leur partie médiane sur l'autre conduit.
5. Cryostat suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'un tube entoure le conduit d'évacuation (112) avec un jeu (111) dans lequel on réalise le vide.
6. Cryostat suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une résistance électrique chauffante (23) est bobinée autour du conduit d'acheminement (109).
7. Cryostat suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le fluide cryogène dans le conduit d'acheminement (109) est liquide avant d'arriver contre la résistance (23) et se vaporise alors, et en ce qu'un séparateur de phase (20) en matériau conducteur thermique est disposé à cet endroit dans le conduit d'acheminement de manière à homogénéiser la température du fluide.
8. Cryostat suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 et comprenant en outre des fils électriques (80) reliant le support (4) à un appareillage situé hors de l'enceinte, caractérisé en ce que les fils électriques (80) sont en contact avec une ou plusieurs sources (4, 85, 86) à température constante dans l'enceinte à vide (1).
9. Cryostat suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les sources comprennent notamment le conduit d'évacuation (11) du fluide cryogène.
10. Cryostat selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens d'absorber les rayonnements parasites comprennent une enveloppe (31) entourant au moins partiellement le support (4), dont la surface extérieure (32) est pourvue d'un revêtement réfléchissant et la surface intérieure (33) est pourvue d'un revêtement absorbant.
11. Cryostat suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les parties du cryostat situées à l'intérieur de l'enveloppe (31) sont recouvertes d'un revêtement absorbant.
12. Cryostat suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens d'absorber les rayonnements parasites comprennent en outre des caches démontables (38, 96) fixés sur le support (4) et permettant d'enclore au moins partiellement l'échantillon (36).
13. Cryostat suivant la revendication 12 et pourvu en outre d'une fenêtre transparente (30) sur l'enceinte à vide (1), caractérisé en ce que des caches (38) comprennent un puits (129) intérieurement rainuré définissant un chemin optique entre la fenêtre (30) et l'échantillon (36).
14. Cryostat suivant l'une quelconque des revendications 9 à 13 et prévu pour caractériser les rayonnements infrarouges, caractérisé en ce que le revêtement absorbant est composé de grains de carbone d'un diamètre de 85 microns agglomérés par un liant.
EP88400427A 1987-02-27 1988-02-24 Cryostat pour la caractérisation à température variable de corps sous faibles flux parasites Ceased EP0283360A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8702688 1987-02-27
FR8702688A FR2611869B1 (fr) 1987-02-27 1987-02-27 Cryostat pour la caracterisation a temperature variable de corps sous faibles flux parasites

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0283360A1 true EP0283360A1 (fr) 1988-09-21

Family

ID=9348437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP88400427A Ceased EP0283360A1 (fr) 1987-02-27 1988-02-24 Cryostat pour la caractérisation à température variable de corps sous faibles flux parasites

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP0283360A1 (fr)
FR (1) FR2611869B1 (fr)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3250684A (en) * 1959-12-15 1966-05-10 Commissariat Energie Atomique Cryogenic apparatus for irradiation at low temperatures
US3306075A (en) * 1965-10-04 1967-02-28 Hughes Aircraft Co Thermal coupling structure for cryogenic refrigeration

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3250684A (en) * 1959-12-15 1966-05-10 Commissariat Energie Atomique Cryogenic apparatus for irradiation at low temperatures
US3306075A (en) * 1965-10-04 1967-02-28 Hughes Aircraft Co Thermal coupling structure for cryogenic refrigeration

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
INSTRUMENTS AND EXPERIMENTAL TECHNIQUES, vol. 28, no. 5, partie 2, septembre/octobre 1985, pages 1218-1220, Plenum Publishing Corp., New York, US; A.S. BULATOV et al.: "Circulating cryostat for diffractometer for structure research at temperatures of 4.2-300degreeK" *
JOURNAL OF PHYSICS E: SCIENTIFIC INSTRUMENTS, vol. 11, 1978, pages 801-804, The Institute of Physics, Londres, GB; E. KRAUSZ et al.: "A top-loading matrix isolation apparatus for magneto-optical investigations" *
JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, (JOURNAL OF PHYSICS E), vol. 1, no. 1, series 2, janvier 1968, pages 15-21, Londres, GB; R.R. BIRSS et al.: "A cryostat for use with a torque magnetometer down to 4.2degreeK" *
PROCEEDINGS OF THE SIXTH INTERNATIONAL CRYOGENIC ENGINEERING CONFERENCE, Grenoble, 11-14 mai 1976, pages 157-158, IPC Science and Technology Press, Londres, GB; G. DAVEY: "The design of small constant flow cryostats" *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2611869B1 (fr) 1989-06-09
FR2611869A1 (fr) 1988-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0346170B1 (fr) Dispositif de mesure de paramètres dans le coeur d'un réacteur nucléaire en service
EP2110887B1 (fr) Agencement de connexion de deux câbles supraconducteurs
FR2560421A1 (fr) Dispositif de refroidissement de bobinages supraconducteurs
FR2570174A1 (fr) Recipient a eprouvettes stabilise par un caloduc
FR2700657A1 (fr) Ensemble radiogène.
EP1703611A1 (fr) Traversée électrique pour élement supraconducteur
CH618785A5 (fr)
EP0231747B1 (fr) Stator à enroulements triphasés supraconducteurs
EP0369913A1 (fr) Dispositif pour le transfert et des réactions in-situ sous atmosphère contrôlée d'échantillons destinés à l'examen en microscopie électronique en transmission
EP0283360A1 (fr) Cryostat pour la caractérisation à température variable de corps sous faibles flux parasites
EP2038978B1 (fr) Structure de traversee electrique pour element supraconducteur
FR2713405A1 (fr) Module d'amenée de courant pour l'alimentation d'une charge électrique supraconductrice à basse température critique.
FR2748848A1 (fr) Enveloppe pour source de rayonnement electromagnetique et procede pour l'elimination du rayonnement electromagnetique extrafocal
CA2055809C (fr) Procede de refroidissement d'une amenee de courant pour appareillage electrique a tres basse temperature et dispositif pour sa mise en oeuvre
EP0004220A1 (fr) Capteur d'énergie solaire
FR2593649A1 (fr) Laser a gaz scelle.
EP1715314B1 (fr) Appareil de détection de rayonnement infrarouge, autodirecteur équipé d'un tel appareil et projectile autoguidé équipé d'un tel autodirecteur
EP0220086B1 (fr) Ligne de transfert de gaz liquéfié comportant un écran thermique muni d'un échangeur
EP0155201B1 (fr) Dispositif de refroidissement du fourreau de la tige de commande d'un robinet à joint gelé
FR2623043A1 (fr) Dispositif de chauffage a resistance electrique isole
FR2637728A1 (fr) Amenee de courant cryogenique a faibles pertes
FR2587797A1 (fr) Dispositif de retenue pour un getter amorce electriquement, gyroscope a laser contenant un tel dispositif et procede de retenue d'un getter dans un tel gyroscope a laser
FR2985855A1 (fr) Procede pour la realisation de traversees electriques etanches au travers d'un boitier d'encapsulation et boitier d'encapsulation muni d'au moins l'une de ces traversees electriques
FR2925760A1 (fr) Refroidissement d'un tube generateur de rayons x
FR2749651A1 (fr) Dispositif de protection pour un appareil d'inspection ou de controle utilise dans un milieu a haute temperature et son utilisation

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE GB IT

17P Request for examination filed

Effective date: 19890222

17Q First examination report despatched

Effective date: 19891204

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 19910318