En kryostat (et specialtilfælde af en termostat ) er en enhed, der er termisk isoleret fra omgivelserne for at opnå en lav temperatur, mindre end -60 ° C (200 K). I den opretholdes en lav temperatur på grund af udvekslingen af varme med en fremmed kilde til lave temperaturer . Kryomidler såsom flydende gasser med lave kondensationstemperaturer ( nitrogen , brint , helium ) bruges som en sådan kilde .
Enhver kryostat kræver termisk isolering af arbejdsvolumenet fra omgivelserne. Jo lavere temperatur på arbejdsvolumenet er, jo højere er kravene til termisk isolering. Kryostater fyldt med flydende nitrogen eller oxygen bruger ofte højvakuum termisk isolering. Til heliumkryostater anvendes der udover sådan isolering yderligere afkølede højvakuumbeholdere (en kryostat i en kryostat), så tab på grund af varmestråling fra ydervæggene reduceres. Et hjælpekryomiddel (f.eks. flydende nitrogen) kan bruges som kølemiddel til ydervæggene. Derefter er området med flydende nitrogen omgivet af en kryostat med et kammer afkølet af flydende helium. Hvis det afkølede volumen anbringes i en væske, ændres prøvens temperatur inden for et ret snævert område af væsketilstanden, derfor placeres det afkølede volumen normalt enten i kryomiddeldamp eller blot på en varmeveksler .
Der er systemer, der ikke bruger flydende kryomidler, de såkaldte tørre ( kryogenfri ) kryostater . I dette tilfælde anvendes højtrykshelium som arbejdsvæske, der pumpes gennem det porøse materiale i gasudvidelsestilstanden til et område med reduceret tryk, hvilket fører til afkøling .
For at opnå temperaturer op til 77 K anvendes flydende nitrogen i Dewar-beholdere , op til 1,5 K - flydende helium-4 i Dewar-beholdere med udpumpning , op til 0,24 K - helium-3 i lukkede kryostater, op til 10 mK - en blanding af helium-3 og helium-4 i fortyndingskøleskabe .
Kryostater bruges ikke kun til at køle et lille volumen til minimumstemperaturer, men også til at køle massive superledende magneter til temperaturer under kritiske værdier [1] .
Temperaturen af arbejdsvolumenet i kryostaten kan styres ved hjælp af varmelegemer, ændring af damptrykket over kryomidlet, der fylder kryostaten, eller ved at opvarme kryoagentdampen eller ved simpel varmeveksling mellem metaldelene og prøven.
Kryostater varierer
Arkharov A. M., Marfenina I. V., Mikulin E. I. Kryogene systemer. Bind 1. Grundlæggende om teori og beregning. - M . : Mashinostroenie, 1996. - 576 s. — ISBN 5-217-02584-0 .