[发明专利]一种与液氦温度低温靶配套的实验系统

说明书

技术领域

本发明属于制冷及低温领域，涉及一种用于冲击压缩实验，通过与液氦温度低温靶配套使用实现获得3.6K～80K之间任一温度均匀稳定液态样品的实验系统。

背景技术

氢、氦元素是宇宙丰度最高的元素，其高温、高密度下的物态方程在地球物理、天体物理和武器研究等方面有着广泛的应用背景，因此国内外均高度重视对氢、氦等元素的高温高密度物态方程的研究。冲击压缩技术是研究物质高温、高密度物态方程的主要实验途径，国外自上世纪60年代以来相继开展了有关低温液体的冲击压缩实验。美国LIVERMORE实验室分别研制了用于工作环境为10^-3Pa下的液氦、液氘、液氢、液氮、液氧和液氩等多种物质的冲击压缩实验的低温靶及其配套的实验系统。

由于二级轻气炮实验技术接口的特殊原因，液氦温度低温靶(详见一种用于冲击压缩实验的液氦温度低温靶专利)需要在约100Pa的低真空、室温环境下工作，环境通过靶板对样品室漏热更大，样品液化的难度更高，因此对于与液氦温度低温靶配套的实验系统要求也更高，主要技术要求如下：1、在3.6K～80K较大温区精确可控，能够直接液化高纯氦、氢和氘等样品气体，直接用于液氦、液氢和液氘等低温靶实验系统。2、样品液化后温度稳定、密度均匀。3、由于冲击压缩实验会使靶室产生瞬间高温高压，尽量保护实验设备不受冲击压缩实验破坏，提供可重复使用。因此，为了满足上述技术要求，实验系统的设计必须考虑：1、精确的检测、控温系统；2、较好的排气及减压系统；3、合适的真空系统；4、较好的系统保护。

鉴于以上原因，我们研制出了与应用于100Pa真空度环境下冲击压缩实验液氦温度低温靶配套的实验系统，由于本实验系统配套的液氦温度低温靶具有以下几个独有的设计：1、具有真空夹层设计，且对真空度要求较高；2、具有加热丝的设计。因此与液氦温度低温靶配套的实验系统与现有的实验系统相比，具有以下几个其它现有实验系统不具备的子系统：1、液氦温度低温靶具有真空夹层的设计且真空度要求较高，因此本实验系统需具有一个高真空子系统。2、液氦温度低温靶具有加热设计，因此本实验系统需具有一个控温子系统。3、液氦温度低温靶的工作原理基于减压降温，因此本实验系统需具有一个排气及减压系统。本实验系统通过与液氦温度低温靶的结合使用实现获得3.6K～80K任一稳定温度，并实现获得3.6K～80K之间任一温度的均匀稳定液态样品。此外，该实验系统通过柔性接头和泵阀同步控制系统的设计保护了实验设备(液氦温度低温靶除外)不受冲击压缩实验的破坏，实现实验设备(液氦温度低温靶除外)的可重复使用，使冲击压缩实验能较经济地进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与液氦温度低温靶配套的实验系统，克服低温下可拆卸密封、高真空获得、压强控制、温度控制和设备保护等困难，实现获得3.6K～80K之间任一温度的均匀稳定液态样品，实现实验设备(液氦温度低温靶除外)的可重复使用。该实验系统已经成功应用于样品氦的冲击压缩实验。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的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；