Диссертация (1024691), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Поэтомуразработанныеулучшенныеконструкции«жестких»тепловыхэкранов,позволившие достичь столь высоких показателей, с 2007 года применялись вовсех проектируемых и изготавливаемых криостатах.Рисунок 2.10 – Шумовой спектр выходного сигнала СКВИД-градиентометрабиомагнитной системы в криостате модели LH-32-В, измеренный в условияхмагнитноэкранированной камеры [105]Так, для МКГ- и МЭГ-систем были спроектированы и изготовлены криостаты«шахтного» типа с диаметром горловины и объемом 11,3 литров, получившиеназвание LH-11,3-B (рисунок 2.11). По сравнению с криостатами типа LH-14,5NTE (криостаты с «хвостовиками») они стали более компактными - на 100 ммуменьшилась общая длина криостата, и на 20 мм – внешний диаметр. Также84удалось снизить скорость испарения жидкого гелия с 1,6 литров в сутки дорекордных значений порядка 1.1 литра в сутки, т.е.
сделать их существенно болееэкономичными. На основе конструкции криостата LH-11,3-B были изготовленынесколько криостатов меньшего объема (за счет уменьшения общей длины, т.е.размера резервуара для жидкого гелия) со сходными значениями скоростииспарения гелия.Таблица 4.Основные характеристики криостата моделиLH-11,3-ВL1- длина термостата (мм)1000D1- внешний диаметр термостата (мм)227D3-диаметр горловины (мм)150D4-диаметр внутренней колбы (мм)155Скорость испарения (литр/сутки)Объем термостата (литр)< 1,111,3Уровень собственных шумов (фТл/Гц1/2) < 1,5Расстояние «тепло-холод» (мм)~ 12Рисунок 2.11 – Гелиевый криостат модели LH-11,3-B «шахтного» типа и егохарактеристики (Таблица 4)Типичный график зависимости уровня гелия в криостате от временипредставлен на рисунке 2.12. Ежедневное уменьшение уровня составлялопримерно 6 см, что соответствовало значению скорости испарения:V ≈ 0.189 литр/см × 6 см/сутки ≈ 1.13 литр/сутки85Таким образом, при объеме криостата 11.3 литра, время полного испарениягелия из криостата составляло примерно 10 суток.Рисунок 2.12 – Зависимость уровня гелия в криостате LH-11,3-B от времениИсходя из полученных результатов, криостаты LH-11,3-B и LH-32-B былииспользованы в качестве базовых при разработке, в частности, семействамагнитокардиографических диагностических комплексов серии «МАГ-СКАН».Криостаты LH-11,3-B использовались в модификациях МКГ-комплексов с числомканалов регистрации магнитокардиосигналов (МКС) до девяти (типа «МАГСКАН-06» и «МАГ-СКАН-09») [103], а криостат LH-32-B был использован припроектировании МКГ-комплекса с 36 каналами регистрации МКС «МАГ-СКАН36».Аналогичные криостаты могут быть также использованы при конструированиимагнитоэнцефалографических СКВИД-систем и систем контроля транспорталекарств на магнитных наночастицах.862.3 Выводы к Главе 2ВходенемагнитныхисследованийкриостатовидляразработокконструкциймагнитометрическихстеклопластиковыхСКВИД-системдлябиомагнитных применений были получены следующие результаты:1.
Получены и проанализированы экспериментальные данные, необходимыедля прогнозирования тепловых, вакуумных характеристик криостатов, ихмагниторадиопрозрачности и магнитных шумов.2. Разработан метод и создана экспериментальная установка для приготовленияпрепрега, используемого в качестве базового материала при формированиигерметичных по гелию стеклопластиковых оболочек для криостатов.3. Разработан и практически опробирован метод формирования герметичныхстеклопластиковых оболочек на основе препрега из тканого материала,посредством намотки стеклоткани, предварительно пропитанной специальнымсвязующим на основе эпоксидных смол, на горячую цилиндрическую оправку споследующим отверждением, позволяющий получать стеклопластиковые трубысо значениями газопроницаемости по гелию менее 1,5×10-9 см3×см/см2×с×атм.,полностью удовлетворяющих технологическим требованиям для созданиявысококачественных стеклопластиковых немагнитных криостатов.4.
Созданы и экспериментально изучены материалы и конструкции клеевыхсоединений криогенно-вакуумного применения. На этой основе внесенозначительное количество улучшений в конструкцию криостатов по сравнению сизвестными. Введено дополнительное охлаждение слоев ЭВТИ парами за счеттеплового контакта слоев с горловиной. Пакет ЭВТИ между рабочей емкостью сжидким гелием и первым тепловым экраном был заменен вакуумным зазором,при этом тепловые экраны покрывались металлизированной ПЭТ пленкой, чтоулучшило тепловые и магнитные характеристики криостатов.5.Врезультатебылиразработаныисозданысериигелиевыхстеклопластиковых криостатов для работы со магнитометрическими СКВИД-87системами,обладающихисключительновысокимизначениямиэксплуатационных характеристик по скорости испарения жидкого гелия и уровнюсобственных шумов. Показано, для гелиевых криостатов шахтного типа былиполучены рекордные значения скорости испарения порядка 1 литра гелия в суткидля криостатов с диаметром горловины 150 мм, и порядка 2,5 литров в сутки длякриостатов с диаметром горловины 300 мм.
Достигнутый уровень собственныхшумов криостатов не превышал величины 1 фТл/Гц1/2, и также являетсярекордным для стеклопластиковых криостатов.6. Были разработаны специальные пробки для криостатов в виде многослойнойконструкции из слоев пенопласта, оклеенных металлизированной ПЭТ пленкой. Вкриостатах были также использованы профильные донышки не плоской формы,имеющие большую жесткость и меньший вес.7.Крометого,разработаныметодытермохимическоймодификацииповерхности промышленных стеклопластиков для снижения их газовыделения.Все эти мероприятия дали возможность создать немагнитные криостаты, в разыпревосходящие по тепловой эффективности лучшие зарубежные образцы, ноимеющие меньшее количество слоев ЭВТИ и более короткую горловину.
Этикриостаты по сравнению с аналогами имели уменьшенные габариты и расходгелия на охлаждение, при заливке охлаждались в 2-3 раза быстрее, имели низкийуровень магнитных шумов, что было достигнуто за счет следующих факторов:стеклопластики криостатов имели магнитную восприимчивость ниже, чем зарубежные материалы; толщина ЭВТИ в целом была меньше, а материаладсорбционных насосов подвергался специальному отбору по магнитнымсвойствам.88ГЛАВА 3КОНСТРУКЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ЗОНДОВ И БЛОКОВЭЛЕКТРОНИКИ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ СКВИД-СИСТЕМ ДЛЯБИОМАГНИТНЫХ ПРИМЕНЕНИЙ3.1 Измерительные зонды для биомагнитных СКВИД-систем гелиевогоуровня охлаждения3.1.1 Особенности приема биомагнитногосигнала магнитометрическойСКВИД-системойПри проведении биомагнитных исследований магнитометрическая частьСКВИД-системы должна обеспечить регистрацию магнитных сигналов, имеющихамплитуды в диапазоне 0.05 – 100 пикоТесла в частотной полосе от долей Герцадо 1 килоГерца, создавая тем самым базу в разработке новых диагностическихметодик и инструментария для исследований в области фундаментальноймедицины и физиологии человека на основе магнитных методов измерений.Как известно, чувствительность СКВИД-магнитометра по магнитному полю ивозможность его стабильной работы при наличии внешних помех определяетсяцелым рядом факторов, в первую очередь таких, как конструкция приемныхвитков трансформатора магнитного потока, величина его индуктивной связи синтерферометром СКВИДа, и уровень собственных шумов интерферометра.Трансформатор магнитного потока СКВИД-магнитометра представляет собойзамкнутую сверхпроводящую цепь и состоит из приемной катушки и входнойкатушки, индуктивно связанной со СКВИДом.
Схема трансформатора магнитногопотока, связанного со СКВИДом, представлена на рисунке 3.1. Самый простойвариант приемной катушки представляет собой виток из сверхпроводящегопроводаплощадьюS,соединенныйсверхпроводящимиконтактамистерминалами входной катушки СКВИД-датчика. Если такой виток пронизывает89магнитный поток, созданный внешним источником, то в контуре трансформаторавозникает электрический ток, равный по величине и противоположный по знакуизменению магнитного потока от внешнего источника, и, таким образом,компенсирующий данное изменение.Рисунок 3.1 – Схема входной цепи магнитометрического канала на основеСКВИД-датчика [106]Однако, при работе в условиях неэкранированного пространства дляпространственной фильтрации сигналов помех от удаленных источников втрансформаторах магнитного потока обычно используют градиентометрическиеконструкции приемных катушек трансформаторов магнитного потока.
Наиболеепростая приемная катушка с соосной градиентометрической структурой состоитиз двух катушек с одинаковыми произведениями числа витков на площадь,отстоящих одна от другой на определенное расстояние, которое называется базойградиентометра, и соединенных встречно, т.е. таким образом, чтобы привоздействии на них одинаковых магнитных полей (точнее, одинаковыхкомпонент магнитной индукции по оси катушек) и трансформаторе потокавозникали противоположно направленные и взаимно компенсирующиеся токи.Для такой приемной катушки U0 = 0, и она называется градиентометром первогопорядка. Заметим, что для сохранения единства терминологии простую(одиночную) приемную катушку иногда называют градиентометром нулевогопорядка.90Таким образом, градиентометр первого порядка дает нулевой суммарный ток втрансформаторе потока при равномерном распределении магнитного поля внаправлении оси градиентометра, и в то же время он воспринимает любое поле,значения которого у составляющих катушек градиентометра различаются, или,говоря приближенно, поле, имеющее ненулевой градиент по этой оси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
