En kryostat (ett specialfall av en termostat ) är en enhet som är termiskt isolerad från omgivningen för att erhålla en låg temperatur, mindre än -60 ° C (200 K). I den upprätthålls en låg temperatur på grund av värmeutbytet med en främmande källa till låga temperaturer . Kryomedel som flytande gaser med låga kondensationstemperaturer ( kväve , väte , helium ) används som en sådan källa .
Varje kryostat kräver värmeisolering av arbetsvolymen från omgivningen. Ju lägre temperatur arbetsvolymen har, desto högre krav på värmeisolering. Kryostater fyllda med flytande kväve eller syre använder ofta högvakuumvärmeisolering. För heliumkryostater används förutom sådan isolering ytterligare kylda högvakuumkärl (en kryostat i en kryostat), så förluster på grund av värmestrålning från ytterväggarna minskar. Ett extra kryomedel (till exempel flytande kväve) kan användas som kylmedel för ytterväggarna. Sedan omges regionen med flytande kväve av en kryostat med en kammare kyld av flytande helium. Om den kylda volymen placeras i en vätska, ändras provets temperatur inom ett ganska snävt område av det flytande tillståndet, därför placeras den kylda volymen vanligtvis antingen i kryoagentånga eller helt enkelt på en värmeväxlare .
Det finns system som inte använder flytande kryoagens, de så kallade torra ( Cryogen free ) kryostaterna . I detta fall används högtryckshelium som arbetsvätska, som pumpas genom det porösa materialet i gasexpansionssättet till ett område med reducerat tryck, vilket leder till kylning .
För att erhålla temperaturer upp till 77 K används flytande kväve i Dewar-kärl , upp till 1,5 K - flytande helium-4 i Dewar-kärl med utpumpning , upp till 0,24 K - helium-3 i slutna kryostater, upp till 10 mK - en blandning av helium-3 och helium-4 i utspädningskylskåp .
Kryostater används inte bara för att kyla en liten volym till lägsta temperaturer, utan också för att kyla massiva supraledande magneter till temperaturer under kritiska värden [1] .
Temperaturen på arbetsvolymen i kryostaten kan kontrolleras med hjälp av värmare, genom att ändra ångtrycket över kryoagenset som fyller kryostaten, eller genom att värma kryoagentångan eller genom enkel värmeväxling mellan metalldelarna och provet.
Kryostater varierar
Arkharov A. M., Marfenina I. V., Mikulin E. I. Kryogena system. Volym 1. Grunder i teori och beräkning. - M . : Mashinostroenie, 1996. - 576 sid. — ISBN 5-217-02584-0 .