一种与液氦温度低温靶配套的实验系统

摘要

本发明公开了一种与用于冲击压缩实验的液氦温度低温靶配套使用的实验系统，包括：靶室、低温靶、柔性接头、管筒、大法兰、液氦输液组件、排气及减压组件、样品气供气组件、真空系统、泵阀同步控制系统和温度检测控制系统。实验系统通过柔性接头和泵阀同步控制系统的设计，实现了实验设备(液氦温度低温靶除外)的可重复使用。实验系统通过真空系统和排气及减压组件的设计实现了稳定的3.6K最低温度。实验系统通过温度检测控制系统的设计实现了3.6K～80K温区温度精确可控。本发明与液氦温度低温靶的配套使用实现获得了3.6K～80K之间任一温度的均匀稳定液态样品。该实验系统已成功应用于样品氦的冲击压缩实验。

主权项

一种与液氦温度低温靶配套的实验系统，其包括：一靶室(20)，所述靶室(20)顶端含有一个法兰接口；一液氦温度低温靶(21)；所述液氦温度低温靶(21)置于上述靶室(20)之内，所述液氦温度低温靶(21)包括：一气冷屏内筒，所述气冷屏内筒筒壁上刻有螺旋形凹槽；一紧密地套装于所述气冷屏内筒外壁上的气冷屏外筒；所述气冷屏外筒内壁与所述气冷屏内筒筒壁上的螺旋形凹槽之间形成螺旋形气冷屏腔体(10)；所述气冷屏内筒和气冷屏外筒等长形成气冷屏后端面和气冷屏前端面；分别盖于所述气冷屏后端面和气冷屏前端面的后挡板(18)和前挡板(13)；所述后挡板(18)和前挡板(13)的中心处分别设有中心孔；装于所述前挡板(13)中心孔上并向气冷屏内筒延伸的一颈管(11)；连接于所述颈管(11)端面上位于所述气冷屏内筒之内的一组件；连接于所述组件和所述后挡板(18)之间的一波纹管(1)，所述波纹管(1)的内孔与所述后挡板(18)中心孔相对并相通；所述组件包括一凸形柱体和一凸形圆筒体；所述凸形柱体由直径大的圆柱形后部和直径小的圆筒形前部组成，所述圆柱形后部前端与所述圆筒形前部后端固定连接成一体；所述圆柱形后部后端面中心处设有一圆形凹槽，一后盖(19)盖于所述圆形凹槽，所述圆形凹槽与后盖(19)之间形成一密闭液氦侧池(5)；圆筒形前部的内筒深至所述圆柱形后部之内，所述圆筒形前部的内筒内装有一圆形靶板(8)，所述圆筒形前部的内筒筒底与所述圆形靶板(8)之间形成密封样品室(6)；所述凸形圆筒体套装于所述凸形柱体的圆筒形前部筒壁之外，所述凸形圆筒体直径小的端面与所述圆柱形后部的前端面相连接，两者外径相等；所述凸形柱体的圆筒形前部的前端面连接于所述的凸形圆筒体的筒底；所述凸形圆筒体的筒底设有与所述圆筒形前部的筒径尺寸相等中心孔；所述凸形圆筒体与所述凸形柱体的圆筒形前部之间形成液氦池(9)；所述气冷屏内筒与位于其内的各部件之间的空间形成真空夹层(2)；所述圆柱形后部的柱面上环绕有加热丝(4)；所述的样品室(6)底面上设有中心连线呈两个同心圆上的12个通孔， 其中六个通孔均匀分布在两个同心圆的内圆上，其余六个通孔均匀分布在两个同心圆的外圆上，所述外圆上六个通孔中有两个孔的中心连线与所述内圆上六个通孔中的两个孔的中心连线相互垂直；所述后盖(19)分布与所述上述12个通孔对应的12个通孔；12根探针(3)分别从所述后盖(19)上的12个通孔和样品室(6)底面上的12个通孔穿过，处于外圆上通孔中的探针顶部与靶板接触，处于内圆上通孔中的探针顶部与靶板之间存有间隙；所述探针(3)的尾部位于所述波纹管(1)的内孔之内；所述颈管(11)管壁上环绕有回气绕管(12)，所述回气绕管(12)的一端与所述液氦池(9)相连通，所述回气绕管(12)另一端与所述螺旋形气冷屏腔体(10)相连通；所述气冷屏外筒筒壁上设有与所述螺旋形气冷屏腔体(10)相连通的氦蒸气出口管(16)；一低温靶接头(17)穿过所述气冷屏外筒装于所述气冷屏内筒筒壁上，该低温靶接头(17)内腔与所述真空夹层(2)相通；所述凸形柱体的变截面上设有三个通孔；所述密闭液氦侧池(5)的环壁上均匀分布有四个孔，其中一个孔为通孔，其余为盲孔；所述通孔与穿过所述低温靶接头(17)的氦气进口管(15)相连通；所述3个盲孔分别与所述凸形柱体的变截面上的三个盲孔相连通；所述样品室(6)环壁上设有一个孔，所述样品室(6)环壁上的孔与穿过所述低温靶接头(17)的样品气进口管(14)相连通；所述液氦进口管(15)和所述样品气进口管(14)位于所述低温靶接头(17)的内腔；所述液氦进口管(15)和样品气进口管(14)均处于与真空夹层(2)相通的真空环境中；连接于所述低温靶接头(17)之上的一柔性接头(22)，所述液氦进口管(15)和所述样品气进口管(14)置于所述柔性接头(22)内腔之内；连接于所述柔性接头(22)之上的一管筒(23)，所述液氦进口管(15)和所述样品气进口管(14)置于所述管筒(23)的内腔之内；连接于所述管筒(23)之上的一顶盖大法兰(24)，所述顶盖大法兰(24)上含有五个通孔，其中的第一通孔连接所述液氦进口管(15)和一液氦输液组件，第二通孔连接所述样品气进口管(14)和一样品气供气组 件，第三通孔连接所述氦蒸气出口(16)和一排气及减压组件，其中的第四通孔连接一高真空系统，其中的第五通孔连接放置于所述液氦温度低温靶(21)样品室内的温度计(7)与所述加热丝(4)和一温度控制系统；所述液氦输液组件包含管道、一个三通接头，一个第一电磁阀(39)、一个柔性液氦输液管(27)、一个装有液氦的杜瓦(26)和一个充满氦气的氦气瓶(25)；所述柔性液氦输液管(27)一端穿过所述顶盖大法兰(24)插入所述液氦进口管(15)之内，另一端插入所述液氦杜瓦(26)中，液氦杜瓦(26)上的出气口与所述三通接头连接，三通接头的一端通过管道与所述氦气瓶(25)连接，三通接头的另一端连接于所述第一电磁阀(39)上；所述样品气供气组件包含一个样品气瓶(28)、一个第一机械泵(29)、一个样品气控制罐(30)、管道、第一截止阀(46)、第二截止阀(47)、第三截止阀(48)和第四截止阀(49)；样品气控制罐(30)分上下两层；所述顶盖大法兰(24)上的样品气进口管(14)通过管道与所述第四个截止阀(49)连接，所述样品气控制罐(30)包含一个进口、一个出口、一个抽气口；所述出口连接于所述第四截止阀(49)；所述抽气口通过管道与所述第二截止阀(47)相连，所述第一机械泵(29)的抽气口通过管道与所述第二截止阀(47)相连，所述进气口与所述第一截止阀(46)相连，所述样品气瓶(28)通过管道与所述第一截止阀(46)相连，所述第三截止阀(48)连通所述样品气控制罐(49)的上层和下层；所述顶盖大法兰(24)上的第四通孔的一端与所述管筒(23)内腔相通，另一端与所述的高真空系统相连；所述的高真空系统包含一个第二电磁阀(40)、一个第一真空阀(50)、一个高量程真空计(35)、一台分子泵(34)、一个三通接头和管道；所述顶盖大法兰(24)上的第四通孔通过管道与第二电磁阀(40)相连，所述第二电磁阀(40)通过管道与所述高真空系统的三通接头相连，所述高真空系统的三通接头的一端与所述高量程真空计(35)相连，所述高真空系统的三通接头的另一端通过管道与所述第一真空阀(50)相连，所述分子泵(34)通过管道与所述第一真空阀(50)相连；所述大法兰(24)上的第三通孔的一端通过管道与所述液氦温度低温靶(21)的氦蒸气出口(16)相连，另一端与一排气及减压组件相连；所述排气及减压组件包含第三电磁阀(41)、第四电磁阀(42)、第五电磁阀(43)、一个负压稳定器(31)、一台受控制的受控制机械泵(32)、 三通接头和管道；所述大法兰(24)上的第三通孔的另一端通过管道与所述排气及减压组件的第一三通接头相连，所述排气及减压组件的第一三通接头的一端与所述负压稳定器(31)的进口相连，所述排气及减压组件的第一三通接头的另一端与第五电磁阀(43)相连；所述负压稳定器(31)的出口与第三电磁阀(41)相连；所述第一电磁阀(41)与所述排气及减压组件的第二三通接头的一端相连，所述排气及减压组件的第二三通接头的一端与第四电磁阀(42)相连，所述排气及减压组件的第二三通接头的另一端与所述的受控制机械泵(32)相连；所述液氦温度低温靶(21)的温度计(7)与加热丝(4)与所述大法兰(21)上的第五通孔相连，另一端与一温度检测控制系统相连；所述温度检测控制系统包括一台计算机(38)、一台温度控制仪(37)和导线；所述计算机(38)通过导线与所述温度控制仪(37)相连，所述温度控制仪(37)通过导线与连接于大法兰(24)上温度计(7)与加热丝(4)相连；所述靶室(20)顶端的法兰接口与所述大法兰(24)相连，所述液氦温度低温靶(21)、柔性接头(22)和管筒(23)置于所述靶室(20)内腔之中；所述靶室(20)还与一个低真空系统相连；所述低真空系统包含第二真空阀(44)、第三真空阀(45)、一台第二机械泵(33)、一个低真空量程计(36)、一个四通接头和管道；所述靶室(20)通过管道与四通相连，该四通的一端口连接于所述第三真空阀(45)，该四通的另一端口连接于所述的低真空量程计(36)，该四通的再一端口通过管道与所述第二真空阀(44)一端相连，所述第二真空阀(44)另一端通过管道与所述第二机械泵(33)相连；所述第一电磁阀(39)、第二电磁阀(40)、第三电磁阀(41)、第四电磁阀(42)、第五电磁阀(43)和所述受控制机械泵(32)通过导线与一操作控制器(51)相连，所述操作控制器(51)用于同时操作所述第一电磁阀(39)、第二电磁阀(40)、第三电磁阀(41)、第四电磁阀(42)、第五电磁阀(43)和所述受控制机械泵(32)的运行；所述第一电磁阀(39)、第二电磁阀(40)、第三电磁阀(41)、第四电磁阀(42)、第五电磁阀(43)、所述受控制机械泵(32)和所述操作控制器(51)组成泵阀同步控制系统。