[发明专利]高频无磁液氮杜瓦

说明书

技术领域：本发明涉及的是一种可保持低温的无磁液氮杜瓦。特别是一种与高Tc SQUID测量元件相配套的高频无磁液氮杜瓦。属于低温工程、超导应用技术领域。

背景技术：超导量子干涉器件(SQUID)是一种能测量出微弱磁通变化的高灵敏仪表。这种仪表必须置于低温和无磁环境中，低温可以保证超导器件处于超导状态，无磁则可以保证测量出微弱的磁通变化信号。SQUID可以分为液氦温区SQUID(低Tc SQUID)和液氮温区SQUID(高Tc SQUID)。液氦温区SQUID灵敏度较高，但由于昂贵的液氦运行费用，使该技术的应用范围受到很大限制。而二十世纪八十年代后开发的液氮温区SQUID则在地球物理、生物磁学和磁异常探测等领域显示了强大的生命力，并得到迅速发展。随着液氮温区SQUID(高Tc SQUID)器件研究的深入，对与之配套的无磁液氮杜瓦的需求也日趋迫切。

在已有技术中，发表于《低温工程》1996年第五期的“异形液氮无磁杜瓦的研制”一文，采用自行配制的低温玻璃钢材料，通过蜡模一次成型法制作内胆和外壳，使液氮杜瓦封头的力学性能较好、重量较轻。但迄今研制的无磁杜瓦只能测量频宽为0-3KHz的电磁场，同时，绝热层中吸气剂配方单一，厚度为0.015mm的铝箔及传统缠绕方法无法减少涡流的产生，导致测量灵敏度较差。随着高TcSQUID技术的不断发展和对探测水平要求的不断提高，这样的无磁杜瓦不能满足高频电磁场和高灵敏度测量的要求。

发明内容：为了克服已有技术的不足和缺陷，开发一种能满足地球物理、生物磁学和磁异常探测要求的高频无磁液氮杜瓦，本发明利用电磁屏蔽理论，从杜瓦的内胆、外壳、内胆上下盖板、外壳上下盖板及颈管材料，吸气剂配方和特种多层绝热体三个方面着手，研制出气密性好、真空度高、涡流少，可以测量高频电磁场并具有较高灵敏度的高频无磁液氮杜瓦，以满足高Tc SQUID在高频、高灵敏度电磁测量中的应用。

本高频无磁液氮杜瓦由内胆、外壳、内胆上下盖板、外壳上下盖板、颈管、吸气剂和特种多层绝热体组成。所有组件均采用磁化率低于10^-5Gs/Oe的无磁性材料—无磁玻璃钢。该无磁玻璃钢是将无磁玻璃纤维通过特种环氧粘接剂、聚氨酯固化剂及其他助剂粘合固化而成。首先按设计要求将无磁玻璃钢车制成内胆、外壳、内胆上下盖板、外壳上下盖板和颈管，然后经真空放气预处理后，通过螺纹和低温粘合剂配合总成。其特点为耐低温气密性好，饱和蒸汽压低，故在低温下气密性好，并能保持高真空。待内胆、内胆上下盖板和颈管装配完成并检漏合格后，再在内胆外侧缠绕多层绝热体。而在缠绕多层绝热体前，在内胆上、下盖板上安置5A分子筛和13X分子筛配成的吸气剂，其配比为1∶2。其作用是吸附材料的漏放气，维持高真空。为了降低多层绝热体铝箔的屏蔽作用，应减少涡流引起的损耗。根据电磁屏蔽理论，电磁波的衰减量主要取决于金属材料的导电率和磁导率、电磁波的频率以及金属板的厚度。其中，电磁波的频率越高，通过金属板的衰减就越厉害。材料的导电率和磁导率越小，金属层的厚度越薄，电磁波的衰减则越小。为此，在本无磁杜瓦的设计中，除了采用磁导率很小的无磁玻璃钢作为壳体材料，还精心采取了多种措施，在不降低杜瓦绝热性能的条件下，尽可能的减少多层绝热体中产生的涡流。主要的措施有：一，多层绝热体材料选用极薄的单面喷铝涤纶薄膜。薄膜厚度约为400～500(400^*10^-9m～500^*10^-9m)，为普通薄膜的2.35％，金属层的厚度大大降低，大幅提高了通过杜瓦的电磁波最高频率；二，使缠绕铝箔的宽度尽可能小。根据电磁感应定律，铝箔表面所产生的感应电势与铝箔的宽度成正比。在其它条件相同的情况下，通过减少铝箔的宽度，可以减少涡流产生的热量，减少涡流引起的能量损耗，从而提高杜瓦对电磁波的通过能力，提高电磁波的最大通过频率。因此，本发明将5层叠起的喷铝薄膜剪成1cm见方，用尼龙细线连接成片，再缠绕在内胆外壁上，以提高杜瓦对电磁波的通过能力；三，喷铝薄膜的缠绕方式为对称布置，相互交叉缠绕。根据电磁屏蔽理论，如果在垂直于电流方向上开缝，可以减小电流所产生的磁场，减少铝箔对电磁波的屏蔽作用，提高通过的电磁波频率。但是在实际情况中，电磁波所产生的方向并非完全固定的，有一定的随机性。为了保证无磁杜瓦对各个方向上的电磁波均有较好的通过性能，采用了对称缠绕的方式，可以保证对任意方向的电磁波均有铝箔之间的缝隙与电流方向垂直，因而对电磁波有比较理想的通过能力。本发明采用的交叉对称缠绕方式为将喷铝薄膜叠5层后剪成1cm见方，用尼龙细线连接，附在杜瓦内胆外壁，再叠5层，按同样方法缠绕。每5层对称交叉缠绕，到所需要的厚度为止。通过多层绝热体以上三种措施可以减少绝热体内产生的涡流，大幅降低绝热体对电磁波的屏蔽作用，从而使本无磁杜瓦可以通过更高频率的电磁波。在完成多层绝热体缠绕后，再装上外壳，并安上抽气咀(非金属材料制或纯铝制)。采用气体加热置换方法抽空，达到所需真空度后封闭即可。