• Nie Znaleziono Wyników

1. Przygotowanie kriostatu.

Przed przystąpieniem do pomiarów w ciekłym helu zbiornik azotowy

i helowy w kriostacie należy dobrze wysuszyć i utrzymać w temperaturze

pokojowej.

Małą pompą odpompowujemy przez kilka minut objętość od zaworu butli

do zaworu kriostatu (rurki), które będziemy napełniać helem gazowym, następnie

zamykamy zawór przy rurkach, potem zawór przy pompie, przez chwilę

pozwalamy pompie samej się odpompować. Wyłączamy pompę i odpinamy wąż

łączący rurkę z pompą. Podłączamy wąż z butli napełnionej helem w stanie

gazowym (wąż powinien zostać przedmuchany i napełniony helem aby nie

zawierał powietrza) w celu napełnienia rurki helem gazowym.

Gardziel z próbką oraz płaszcz ochronny zbiorników helowego

i azotowego w kriostacie powinny być odpompowane za pomocą stanowiska

próżniowego. Zamykamy zawory od płaszcza, gdy próżnia w gardzieli jest rzędu

2*10

-4

Tora, zawór od gardzieli i zawór przy pompie (górny i dolny), następnie

wyłączamy stanowisko pompowe i próżniomierz.

2. Napełnianie kriostatu ciekłym helem.

Po przywiezieniu zbiornika z ciekłym helem należy

podpiąć go do linii powrotnej (odzysku) helu (miedziana

rurka na ścianie obok stanowiska pomiarowego) za pomocą

węża. Należy również zamknąć zawór transportowy

w dewarze.

Bezpośrednio przed rozpoczęciem procedury napełniania kriostatu helem

zamykamy zawór na dewarze odcinając w ten sposób odpływ helu w stanie

gazowym do linii powrotnej. Należy zadbać by kominek dewara miał średnicę

zgodną ze średnicą lewara. Konieczne może być

zastosowanie redukcji. Wkładamy dłuższy koniec

lewara do dewara z ciekłym helem i trzymamy nad

zamkniętym zaworem. Zamykamy wszystkie zawory

w dewarze. Otwieramy zawór przy wlocie

i opuszczamy lewar do środka dewara. Najpierw

koniec lewara powinien

znajdować się ponad

powierzchnią cieczy w celu

przedmuchania i wychłodzenia go. Zanurzamy lewar powoli

obserwując wskazania manometru na dewarze. Po

zanurzeniu lewara w ciekłym helu (dokręcamy

uszczelnienie, przejściówkę) jeszcze przez chwilę trzymamy drugi koniec

nasłuchując i obserwując wypływającą zawartość. Gdy wypływający gaz będzie

bardzo zimny wkładamy lewar do szyjki zbiornika helowego kriostatu powoli aż

do wskaźnika oznaczającego, że koniec lewara znajduje się tuż przy dnie (czarny

wskaźnik powinien być ok. 2 cm ponad

wlotem). Szyjka pojemnika helowego

jest zabezpieczona uszczelką. Przez

lewar przepływa hel – najpierw

gazowy, a potem (gdy lewar się

wychłodzi) ciekły. Najpierw helowy

zbiornik w kriostacie zostaje

przedmuchany i wychłodzony potem

następuje transport ciekłego helu z dewara do kriostatu. Na początku

obserwujemy gwałtowne parowanie cieczy. Helowy zbiornik kriostatu powinien

być podłączony do linii powrotnej helu (hel powraca w postaci gazowej).

3. Kontrola szybkości przepływu ciekłego helu.

Szybkość przepływu ciekłego helu regulujemy ciśnieniem panującym

w dewarze (wskazówka powinna być między zerem a pierwszą kreską).

Podczas napełniania kriostatu ciekłym helem cały czas obserwujemy

zachowanie się piłeczki przepływomierza odzysku helu. Na początku piłeczka

unosi się do połowy wysokości przepływomierza, następuje ochładzanie

zbiornika helowego w kriostacie, co powoduje intensywne parowanie helu.

Gdy zbiornik się wychłodzi piłeczka opada. Gdy piłeczka przepływomierza

jest na dole i wykonuje ruch obrotowy wówczas następuje spokojny przepływ

ciekłego helu. Gdy piłeczka unosi się trzeba obniżyć ciśnienie helu poprzez

otwarcie zaworu łączącego dewar z odzyskiem. Przy powolnym (bardzo

niskim ciśnieniu) napełnianiu zbiornika ciekłym helem jego straty są

najmniejsze.

4. Napełnianie kriostatu ciekłym azotem.

Dopiero teraz zaczynamy napełniać ciekłym azotem zbiornik azotowy

w kriostacie.

5. Wpuszczenie helu w postaci gazowej do gardzieli

kriostatu.

W trakcie napełniania kriostatu ciekłym helem do gardzieli

wpuszczamy dwie rurki gazowego helu. Rurki napełniamy helem

pod ciśnieniem atmosferycznym (otwieramy zawór przy butli).

Najpierw otwieramy zawór łączący rurkę z wężem

doprowadzającym hel z butli i po kilku sekundach (ok. 3 s)

zamykamy ten zawór. Następnie otwieramy zawór

łączący rurkę z gardzielą kriostatu umożliwiając

przepływ helu w postaci gazowej do gardzieli. Po kilku

sekundach zamykamy zawór. Czynność powtarzamy

jeszcze raz.

Nie można tego zrobić za wcześnie. w zbiorniku

helowym powinna być odpowiednia ilość ciekłego helu, aby po wpuszczeniu do

gardzieli helu w postaci gazowej ciekły hel ze zbiornika nie wyparował zupełnie

na skutek gwałtownego ogrzania.

Gazowy hel pełni rolę gazu wymiennego, zwiększa się przewodnictwo

cieplne między próbką, a zbiornikiem helowym i temperatura próbki spada do 5,7

K (przy podaniu trzech rurek gazowego helu pod ciśnieniem około ciśnienia

atmosferycznego). Po 4-5 godzinach następuje stabilizacja temperatury. Bez gazu

wymiennego nie osiągnęlibyśmy temperatury poniżej 30 K, a na stabilizację

musielibyśmy czekać około doby (przewodnictwo cieplne insertu z otoczeniem

jest tak duże, że uniemożliwia osiągnięcie temperatury przez próbkę < 30 K).

Trzecią rurkę gazu wpuszczamy poniżej temperatury ciekłego azotu - 78 K.

Temperatura jest stabilizowana z dokładnością do 0,5 K (waha się od 5,3 K do

5,8 K).

Przy tak niskich temperaturach do stabilizacji temperatury nie używamy

grzałki. Grzałka powoduje większe parowanie ciekłego helu. Jednorazowe

zalanie zbiornika ciekłym helem z użyciem grzałki (np. 20 % mocy) pozwala na

20 godz. pomiarów. Bez grzałki ciekły hel w kriostacie utrzymuje się do 36

godzin. Przy wyższych ciśnieniach gazu wymiennego, grzałka powinna pracować

z mocą, co najwyżej kilku (do ~5 %) procent.

6. Procedura zakończenia napełniania kriostatu ciekłym helem.

Napełnianie zbiornika helowego w kriostacie trwa od 8-15 minut, za

pierwszym razem 20 minut. o obecności ciekłego helu w kriostacie świadczy

spadek temperatury 0,1 K na 1 sekundę (gdy w gardzieli znajdują się dwie „rurki”

gazowego helu). Gdy zbiornik helowy jest już napełniony, piłeczka

w manometrze podnosi się i słychać „trzaski” rury łączącej zbiornik helowy

kriostatu z odzyskiem. Od tego momentu kontynuujemy proces napełniania

zbiornika jeszcze przez 1-2 minuty. Należy pamiętać, aby przed wyjęciem lewara

z dewaru otworzyć zawór umożliwiający odpływ nadmiaru helu w postaci

gazowej z dewara do linii powrotnej – obniżyć ciśnienie w dewarze . Należy

bezwzględnie uważać, by nie zamykać zaworu umożliwiającego wypływ ciekłego

helu do czasu, gdy lewar pozostaje w dewarze – grozi to nieodwracalnym

uszkodzeniem lewara. Pojemność zbiornika helowego w kriostacie wynosi 5,5

litrów. Przy takiej procedurze zalewania zbiornika helowego w kriostacie na

napełnienie zbiornika zużywa się ok. 10 - 13 litrów ciekłego helu.

Po zakończeniu napełniania kriostatu ciekłym helem, przymarznięty

koniec lewara ogrzewamy opalarką. Po

ogrzaniu uszczelki wyjmujemy lewar z

kriostatu i zamykamy szczelnie otwór korkiem

i dokręcamy. Pozostawiamy otwarty zawór do

linii powrotnej helu umożliwiając odpływ helu

w postaci gazowej. Drugi koniec lewara

wyciągamy z dewara i szybko zamykamy zawór

uniemożliwiając wypływ helu. Upewniamy się,

że zawór umożliwiający odpływ nadmiaru helu w postaci gazowej z dewara do

odzysku jest otwarty. Odkładamy lewar do wysuszenia.

7. Pomiar zawartości, poziomu helu w kriostacie.

W tym celu używamy termopary typu K, która ma zakres do -50 stopni

Celsjusza i miernika uniwersalnego. Używaną przez nas termoparą jest termopara

NiCr, która umożliwia pomiar w warunkach

kriogenicznych.

Podłączamy przewody termopary do urządzenia.

Ustawiamy miernik na pomiar temperatury i mierzymy

temperaturę w otoczeniu ok. 22,6 stopni C, następnie

wkładamy termoparę do zbiornika z ciekłym helem

(wyjmujemy korek). Powoli zanurzając obserwujemy

wskazania miernika. Pomiar może być dokonany tylko

w jedną stronę, tzn. pomiar można wykonywać tylko

przy wkładaniu termopary – ze względu na bezwładność

podawanych wskazań, wskazania przy wyjmowaniu nie odpowiadają faktycznej

temperaturze na danej głębokości. Przy temperaturze poniżej -50 stopni Celsjusza

miernik trzeba przestawić na pomiar napięcia w mV (standard termopar typu K

obowiązuje tylko do -50 ˚C lecz termopara działa poniżej tej temperatury).

Temperatura ciekłego azotu odpowiada napięciu 6.13 mV, zaś ciekłego helu

-6.78 mV (termopara nr 9). Gdy miernik wskaże taką wartość mierzymy głębokość

zanurzenia termopary i obliczamy na jakiej wysokości znajduje się powierzchnia

ciekłego helu. Bezpośrednio po zalaniu, pomiar poziomu helu wykazał, że ciekły

hel znajduje się w rurce, czyli mamy napełniony cały zbiornik i część gardzieli.

Poziom helu w dewarze mierzymy za pomocą „żabki”. Powoli zanurzając

rurkę obserwujemy zachowanie się membrany umocowanej na drugim końcu. Po

zanurzeniu w ciekłym helu „żabka” „klekocze”. Gdy „żabka” nie jest jeszcze

zanurzona w cieczy membrana mocno drży. Mierzymy wysokość rurki nad

dewarem (np. 37 cm) i odczytujemy z tabeli kalibracyjnej znajdującej się na

zbiorniku objętość helu w zbiorniku (65,5 litrów). Przed zalewaniem kriostatu

w dewarze było 78 litrów ciekłego helu po zalaniu 65 litrów a zatem zużyto 13

litrów ciekłego helu.

8. Stabilizacja temperatury.

W temperaturze ciekłego helu, temperaturę stabilizujemy za pomocą gazu

wymiennego. Do odpompowanej gardzieli wpuszczamy małymi porcjami hel

i obserwujemy, jaka temperatura się ustabilizuje. Jeżeli jest ona niższa od tej,

w której chcemy robić pomiar, wówczas włączamy stanowisko próżniowe

i otwieramy zawór na 2-3s. w tym czasie została odpompowana porcja helu, po

czym znowu obserwujemy, jaka temperatura się ustabilizuje. Gdy temperatura

przekroczy żądaną wartość, czynności powtarzamy.

Jeżeli temperatura ustabilizowała się np. na 44,5 K, a chcemy robić pomiar

w temperaturze 68 K to możemy osiągnąć żądaną temperaturę używając grzałki

i wykorzystując Ramp – szybkość dochodzenia do temperatury.

Heater off

Ramp Rate: on →off + Enter (strzałka powinna być przy off)

Set point: 40 K (wpisać )+ Enter

Ramp Rate: →on off + Enter (strzałka powinna być przy on)

Enter Ramp Rate: 0,7 K/min (wpisać) + Enter (w niskich temperaturach 0,3

K/min)

Set point: 68 K (wpisać)+Enter

Heater low

Takie ustawienie stabilizatora temperatury powoduje, że grzałka zaczyna

grzać z małą mocą, zaczynając od 1 %. Zadając szybkość dochodzenia do

temperatury np. 0,7 K/min unikamy dużych wahnięć temperatury i zapewniamy

spokojną pracę grzałki, co przy niskich temperaturach jest niezwykle istotne,

w celu minimalizowania strat helu. w niskich temperaturach delikatnie z grzałką!

9. Wybór krzywej kalibracyjnej.

W zależności od temperatury, w której jest robiony pomiar używamy

odpowiedniej krzywej kalibracyjnej stabilizatora temperatury.

Curve (strzałkami znajdującymi się po prawej stronie wybieramy odpowiednią

krzywą)

Curve:12:SoftCal + Enter - tej krzywej kalibracyjnej używamy do stabilizowania

temperatury powyżej temperatury ciekłego azotu)

Curve: 00;DRC D + Enter - tej krzywej kalibracyjnej używamy do stabilizowania

temperatury poniżej temperatury ciekłego azotu).

W zeszycie należy zaznaczyć, za pomocą której krzywej kalibracyjnej jest

dokonywana stabilizacja temperatury. Wyboru krzywej kalibracyjnej

dokonujemy przy wyłączonej grzałce. Nie należy także zbyt często przełączać

krzywych kalibracyjnych.

Jakkolwiek kontroler temperatury ustawiony jest na automatyczny wybór

wartości dostrajania układu PID (proportional-integral-derivative,

proporcjonalno-całkująco-różniczkujący), przed przystąpieniem do pomiarów

w niskich temperaturach dobrze jest wprowadzić początkowe wartości rzędu P =

10, i = 3, D = 80 (poprzez naciśnięcie odpowiednich przycisków, wpisanie

wartości i potwierdzenie Enter). Parametry te są odpowiedzialne za dostrajanie

się do zadanej temperatury.

Powiązane dokumenty