Склопластиковий кріостат для біомагнітних вимірювань та спосіб його виготовлення

Реферат: Винахід належить до вимірювальної техніки, пропонований кріостат призначений для охолодження при проведенні надчутливих магнітних вимірювань за допомогою СКВІДів, в першу чергу - магнітоенцефалографії. Для зменшення власних шумів кріостата тепловий екран виконують з 2-х частин, де нижня частина, яка знаходиться біля СКВІДів, відрізняється тим, що її виконують суцільною, товщиною не менше ніж 1 мм та виготовляють із сапфіра, полікору чи UA 104501 C2 (12) UA 104501 C2 германію. Верхню частину горловини для зменшення дифузії гелію у вакуумний об'єм виготовляють шляхом намотування між шарами склотканини додаткових шарів зі скляної чи полімерної стрічки, яку в одному з варіантів модифікують шляхом покриття тонкою металевою плівкою не більше 0,2 мкм. UA 104501 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до вимірювальної техніки, а саме до методів вимірювань надслабких магнітних полів біологічного походження (біомагнітних полів). Більш конкретно, вона належить до пристроїв, призначених для охолодження Надпровідникових Квантових Інтерференційних Детекторів (СКВІДів), зокрема при реєстрації магнітних сигналів (магнітоенцефалограм) мозку людини. У винаході розкрито конструкцію та спосіб виготовлення спеціального гелієвого кріостата для проведення магнітоенцефало-графічних (МЕГ) вимірювань за допомогою СКВІД апаратури. Один із сучасних напрямів медичної діагностики, біомагнетизм, - ґрунтується на вимірюваннях слабких магнітних полів, генерованих організмом людини в процесі його життєдіяльності. Спектральна щільність полів, створених нейронною діяльністю головного мозку 1/2 в місці розташування приймальної антени магнітоенцефалографа, порядку 1-10 фемтоТл/Гц . 1/2 Чутливість сучасних приймачів на основі СКВІДів досягає 1 фТл/Гц . Для послаблення зовнішніх шумів і збільшення відношення сигнал/шум МЕГ високого розділення вимірюють в спеціальних дорогих магнітоекранованих кімнатах. Сучасні МЕГ системи містять 100-500 СКВІДканалів і вимагають створення спеціальних шоломоподібних (Helmet-type) кріостатів з об'ємом гелієвої ємності 70-80 літрів; відстанню від теплої до холодної поверхні в місці розташування приймальних витків антен СКВІДів 18-25 мм; втратами рідкого гелію 10-15 літрів за добу і 1/2 власним шумом кріостата не більше 5 фТл/Гц на частотах 1-100 Гц. Донна частина кріостата може мати форму шолома (Helmet-type) для охоплення датчиками максимально можливої поверхні голови і мінімізації відстані від сенсорів до джерела сигналу. Для опису форми черепа вже розроблений стандарт EN 960:2006. Слід зазначити, що розробок кріостатів зі спеціальним профільованим дном, призначеним для вимірів МЕГ людини одночасно великою кількістю датчиків навколо поверхні кори головного мозку, в Україні не існує. У цьому зв'язку відомо пристрій US 5,339,811 [А61В 5/05, Маgnе-toencephalograph, H.Ohta, K.Hoshino, 1994], який включає магнітоекрановану посудину, кріостат для її охолодження, кілька каналів СКВІДів та кріостат для охолодження СКВІДів, вставлені разом в зазначену посудину з одного її кінця, розміщений в посудині магніточутливий вузол для детектування магнітних полів та схему для з'єднання магніточутливого вузла зі СКВІДами. Така конструкція дає змогу детектувати надслабкі магнітні поля людського мозку та зменшити діаметр отвору посудини. Зменшення діаметра отвору для вставки СКВІДів, в свою чергу, робить можливим зменшити довжину магнітоекранованої посудини, таким чином зберігаючи ефект сильного екранування внаслідок відношення L(довжина)Ю(діаметр). В результаті магнітоекранована посудина зменшується до прийнятних розмірів, що полегшує та здешевлює виготовлення та транспортування пристрою. В реалізації US 5,339,811 застосовано кріостат діаметром 70 см, дно якого має форму голови (helmet-shaped) та розміщено всього 7 каналів. Але в зазначеному патенті не розкрито детально конструкцію кріостата, крім того, кількість каналів досить мала. Для біомагнітних кріостатів з рідким гелієм, мінімальний рівень власних шумів досягається при використанні як конструкційного матеріалу композитного пластику, спеціальної багатошарової екранно-вакуумної теплоізоляції (ЕВТІ) з кількома тепловими екранами. Проте практично усі композиційні пластикові (зокрема склопластики) матеріали і багато видів стекол мають досить великі коефіцієнти проникності газоподібного гелію, що призводить до швидкого проникнення (дифузії) його у вакуумну порожнину кріостата. Це спричинює збільшенню теплоприпливу за рахунок перенесення тепла молекулами газа та вихід кріостата з ладу. Наприклад, при Т=300 К і різниці тисків ΔР=13,3 гПа проникність для газоподібного гелію -9 -10 3 2 через склопластик становить D=10 -10 см ·см/(см -сек). Відомо, що проникність газоподібного гелію зменшується з пониженням температури згідно виразу [Helium permeation in composite materials for cryogenic application, S. Disdier, J. Rey, P. Pailler, A. Bunsell, Cryogenics, 1998, Vol.38, №1, p.135-142] D(T) = Do exp(-Hα/(R.T)), (1) де Do і Ha - константи для пари "газ - тверде тіло", R - універсальна газова постійна, Т температура. Отже, інтегральна проникність стінок бака майже не дає вкладу в повну дифузію газу у вакуумний об'єм, оскільки гелієвий бак кріостата в робочому режимі знаходиться при низьких температурах (Т=4.2-5 К). Тому основна кількість газоподібного гелію проникає у вакуумну порожнину кріостата через стінки склопластикової горловини, температура якої знаходиться в діапазоні 5-300 К. Завдання зменшення дифузії гелію у вакуумну порожнину через стінки горловини ускладнюється тією обставиною, що стінки горловини, на відміну від стінок кріогенного (гелієвого) бака, не можуть бути виконані досить товстими, оскільки зі збільшенням їх товщини пропорційно зростатиме теплоприплив за рахунок теплопровідності вздовж горловини. 1 UA 104501 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Для вирішення цього завдання використовують різні методи зменшення пористості склопластикових матеріалів, наприклад - просочення і формування склопластика у вакуумі або використання спеціальних хімічних присадок для поліпшення адгезії між в'яжучим агентом і волокнами матриці. Проте згідно з дослідженнями авторів [Ляхно В.Ю. Склопластикові кріостати для СКВІД магнітометрії високого розрізнення: Дис… канд. техн. наук: 05.05.14 - Харків, 2012, 136 с] досягнутий ефект вказаних методів незначно покращує властивості кріостатів, якщо йдеться про використання рідкого гелію. Відомо спосіб зменшення дифузії газів через склопластик US 3,425,454 [F1619/10, 9/14, СОЗЬ 37/00, Glass-Resin Composite Structure, W. Eakins, R. Humphrey, 1969], коли при його виробництві замість волокон використовують скляну стрічку, яку намотують пошарово. Недоліком такої конструкції горловини гелієвого кріостату є наявність великої кількості границь "в'яжуче-склофольга", що в процесі термо-циклювання призводить до міжшарового розтріскування матеріалу і виходу кріостата з ладу. В першу чергу процес розшарування матеріалу пов'язаний з силами, що виникають як уздовж шарів за різницею в коефіцієнтах теплового розширення в'яжучого і скла, так і упоперек шарів, - із-за наявності великих градієнтів температури. Наприклад, в процесі заповнення рідким гелієм, температура на внутрішній стінці горловини може швидко змінюватися від 300 К 5 до 10 К, створюючи градієнти температури близько 10 К/м по товщині стінки горловини. Частково ця проблема розв'язана при виготовленні кріогенної посудини кріостата у вигляді двошарової конструкції US 4,602,722 [В65Н 81/00, Leak-Resistant Fiberglass Tank and Method of Making the Same, Frank E. Ives, 1986]. Тут пропонують першим шаром при намотуванні склопластикової оболонки використати металеву фольгу. Така фольга, як і будь-який метал, має значну пружну деформацію, яка може компенсувати невідповідність коефіцієнтів температурного розширення матеріалів при досить малій їх товщині. Крім того, навіть мала товщина металу забезпечить прийнятну швидкість дифузії, оскільки у металів коефіцієнт дифузії газоподібного гелію мінімум на шість порядків менше, ніж у кращих марок скла. Проте недоліком цього підходу є те, що метал має підвищену теплопровідність та збільшить теплоприплив вздовж горловини, а міра пружної деформації металу значно знижується при кріогенних температурах. Також відомо [Liquid helium cryostat for SQUID-based MRI receiver, H. Seton, J. Hutchison, D. Bussell, Cryogenics, 2005, vol.45, p. 348-355], що основний вклад в шум вимірюваних сигналів вноситься тепловим екраном, розташованим у вакуумному проміжку біля дна склопластикового кріостата. Для зменшення цього шуму раніше були розроблені спеціальні конструкції теплових екранів. Так, відомі теплові екрани для гелієвих кріостатів, що складаються із ізольованих один від одного металевих (мідь чи алюміній) провідників описані в: 1) US 2007/0169487, F25B 19/00, F17C 13/00, Liquified gas cryostat, H. Seton, В. Strachan, D. Brssell, 2007, 2) UA 96233, F17C 3/00, F17C 13/00, G01R 33/00, G01N 27/72, Кріостат-екран для вимірювань магнітної сприйнятливості матеріалів у сильних магнітних полях, В. Ляхно, В. Шнирков, М. Будник, 2011. Згідно з US 2007/0169487 кріостат включає внутрішню та зовнішню стінки, між якими розміщують багатошарову теплоізоляцію та не менш ніж один радіаційний екран, який охоплює внутрішню стінку так, щоб збільшити площу внутрішньої стінки, яка контактує зі скрапленим газом в кріостаті і охолоджується ним під час його роботи, при цьому радіаційний екран включає багато теплопровідних та електрично ізольованих пластин, коли кріостат вміщує скраплений газ. В UA 96233 запропоновано кріостат-екран для вимірювань магнітної сприйнятливості матеріалів у сильних магнітних полях до 10 Тесла, призначений для охолодження до Т=4,2 К і екранування від зовнішніх електромагнітних перешкод (ЕМП) зразків матеріалів при виконанні надчутливих вимірювань за допомогою СКВІДів для вивчення структурних властивостей зазначених матеріалів, тобто магнітної структуро- чи дефектоскопії, який являє собою посудину Дюара і включає металеву посудину для зрідженого азоту (азотний бак), посудину для зрідженого гелію (гелієвий бак), всередині якого розміщений вимірювальний об'єм з тримачем зразка і регулятором температури вимірюваного зразка та надпровідниковий соленоїд, що генерує магнітне поле для намагнічення зазначеного зразка; гелієвий бак оточено радіаційними екранами і ЕВТІ та вміщено для послаблення зовнішніх ЕМП у товстостінний металевий корпус, що має температуру навколишнього середовища; вказані екрани включають гелієвий та підвісний азотний екрани, які кріплять, відповідно, до горловини кріостата та до корпусу азотного бака; вказана ЕВТІ заповнює порожнину між корпусом кріостата та азотним екраном; всі екрани, гелієвий бак та корпус кріостата являють собою суцільні та повністю електрично 2 UA 104501 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 замкнуті посудини, виготовлені з нормальних металів, які мають високу електропровідність, який відрізняється тим, що гелієвий бак виконують без нероз'ємних з'єднань різнорідних матеріалів для уникнення механічних напруг, зумовлених різними коефіцієнтами температурного розширення матеріалів та наявністю значних градієнтів температур; гелієвий бак виконують з металу високого ступеня очищення, який у присутності сильних магнітних полів не має залишкової намагніченості при гелієвих температурах, а під час циклів охолодженнявідігрівання - також не має і структурних переходів; до зовнішнього боку корпусу тороїдального азотного бака кріплять додатковий підвісний азотний екран, який виконують у вигляді багатошарової конструкції, оболонки якої між собою та з корпусом азотного бака скріплені за допомогою діелектричних пластин з високою теплопровідністю; між додатковим азотним екраном та корпусом кріостата до горловини кріостата закріплений тепловий екран; при цьому розміри та положення всіх радіаційних екранів та гелієвого бака виконані з урахуванням товщини скін-шарів металів, з яких вони виготовлені, при їх робочих температурах, мінімуму впливів на вимірюваний від зразка сигнал, а також мінімальної тривалості затухання власних електромагнітних наведень, екрани виконані з металічних смуг без електричного контакту між ними для зменшення амплітуди вихрових струмів, породжених зовнішніми ЕМП, у результаті чого ці екрани та корпус бака слугують також і електромагнітними екранами; заповнюють ЕВТІ якнайменше одну з порожнин між будь-якими сусідніми екранами чи між гелієвим екраном і гелієвим баком. В інших модифікаціях UA 96233 гелієвий та/або тепловий екран кріплять до горловини кріостата за допомогою діелектричних пластин з високою теплопровідністю, зазначені екрани виконують у вигляді багатошарової конструкції, утвореної з'єднанням не менш ніж 2-х окремих оболонок, при цьому не менш ніж одне зазначене з'єднання виконують діелектричними пластинами з високою теплопровідністю. Проте, загальним недоліком таких екранів є наявність металу у безпосередній близькості від приймального витка градієнтометра, що призводить до розбалансу градієнтометра на високих частотах. В роботі [N.Kasai, K.Sasaki, S.Kikyu, Y.Suzuki, Thermal magnetic noise of Dewars for biomagnetic measurements, Cryogenics, 1993, Vol.33, №2, p.175-179] показано, що при використанні металевих теплових екранів шум Найквіста прямо пропорційний об'єму металу. Для зменшення шуму до рівня 1 фТл/Гц1/2 вимагається зменшувати товщину металевих провідників до величини близько 1 мікрона. Звичайно, що при такій товщині ефективність теплового екрана різко падає і теплоприплив в кріостат збільшується. Цей негативний ефект (збільшення швидкості випаровування рідкого гелію) особливо сильно проявляється в кріостатах, призначених для багатоканальних біомагнітних вимірювань. Наприклад, в сучасних склопластиковых кріостатах при кількості каналів, що досягає декількох сотень, площа дна, яку треба екранувати тепловим екраном досягає значень 1-2 кв.м. Тому застосування в таких великих кріостатах металевих дротяних екранів призводить до 1/2 збільшення спектральної щільності шуму на низьких частотах до 10-20 фТл/Гц , що значно погіршує відношення сигнал/шум при проведенні досліджень активності людського мозку. При зменшенні товщини металу ефективність таких екранів знижується і збільшений теплоприплив через дно багатоканальних кріостатів приводить до високих швидкостей випаровування рідкого гелію до 20-25 літрів/добу. За прототип вибрано винахід WO 2009/127390 [F25B 19/00, В23Р 15/26, G01R 33/02, Cryostat and biomagnetic measuring system having a high-frequency shielding, Sergio Nicola Erne, Hannes Nowak, BMDSYS GmbH, 2011], в якому запропоновано кріостат для біомагнітних вимірювань, який складається не менш ніж з одної внутрішньої посудини, не менш ніж одної внутрішньої посудини та не менш ніж одної порожнини між зазначеними посудинами, у якій може бути створено від'ємний тиск (тобто розрідження) та у якій розміщують не менш ніж один електромагнітний екран для екранування кріостата від ЕМП не менш ніж 5 дБ у смузі частот 100 кГц - 1 ГГц. Кріостат включає не менш ніж одну клему заземлення, розташовану зовні кріостата та провід, що з'єднує зазначені екрани з електричним заземленням чи Землею. Модифікації конструкції згідно з US 2011/0041520 включають не менш ніж 2 екрани, з'єднані резистором чи ємністю; екрани виготовляють з металевої фольги з алюмінію, міді, срібла чи золота; при цьому не менш ніж одну фольгу виконують товщиною в діапазоні 5-500 мкм, 10-100 мкм чи біля 70 мкм; чи із самоклеючої металевої стрічки. Інші модифікації кріостату згідно з US 2011/0041520 включають не менш ніж один шар суперізоляції, розміщений в порожнині для екранування теплового випромінювання; зазначений шар виконують щонайменше з одної пластикової фольги; не менш ніж одну фольгу виготовляють з поліетилену, зазначений шар суперізоляції щонайменше з одного боку містить 3 UA 104501 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 металічне покриття. Також запропоновано конструкцію, в якій багато шарів суперізоляції та електромагнітних екранів розміщують в порожнині упереміжку. Також у US 2011/0041520 розкрито спосіб виготовлення кріостата, згідно з яким, виготовляють внутрішню посудину, навколо неї щонайменше частково намотують електромагнітний екран, виготовляють зовнішню посудину, в якій улаштовують електричне заземлення через клапан для відкачування повітря, з'єднують обидві посудини, між ними утворюється порожнина, в якій опиняється зазначений екран, з'єднують клему заземлення та екрани електричним провідником. Таким чином, аналіз існуючого рівня техніки з конструювання та виготовлення кріостатів для надчутливої біомагнітометрії, у тому числі МЕГ показав, що основними технічними проблемами при розробці такого кріостата є: 1. Забезпечення механічної міцності конструкції кріостата. Склопластиковий матеріал кріостата зазнає багатократні цикли охолодження-відігрівання при постійному тиску на поверхні 2 усіх елементів конструкції в 1 кг/см . 2. Зменшення магнітних і електромагнітних перешкод, генерованих самим кріостатом до рівня, що відповідає чутливості СКВІДів. 3. Зменшення припливу тепла всередину кріостата і, відповідно, зменшення швидкості випаровування рідкого гелію до 7-10 літрів/добу. 4. Зниження швидкості газового потоку Не всередину вакуумної порожнини кріостата, що дифундує через склопластикову горловину. Зменшення на порядок проникності газоподібного Не дозволить покращити вакуумні властивості шарів ЕВТІ і збільшити час між циклами технічного обслуговування кріостата В основу винаходу поставлено задачу створення склопластикового кріостата, призначеного для охолодження до температури Т=4.2К багатоканальних СКВІД-магнітометрів, призначених для вимірювань надслабких магнітних полів, генерованих електричною активністю мозку людини, який матиме високу міцність, низький рівень власних шумів і невелику швидкість випаровування холодоагента. Поставлена задача вирішується шляхом нових конструктивних рішень кріостата, корпус якого містить склопластикові деталі, частина з яких виготовлена традиційним способом намотуванням циліндричних частин скловолокнистим матеріалом і використанням склотекстолітових плит для виготовлення плоских фланців, які передбачають такі особливості: 1)) тепловий радіаційний екран виконують не менш ніж з 2-х частин, зазначені частини виконують так, що вони мають тепловий контакт між собою, 2) нижню частину зазначеного екрана, яка знаходиться поблизу СКВІДів, виконують суцільною і товщиною не менше ніж 1 мм, 3) нижню частину зазначеного екрана виготовляють із діелектрика з високою фононною теплопровідністю, у якого відсутня електропровідність, наприклад, сапфіру, 4) горловину виготовляють комбінованої структури, в якій внутрішні шари виготовляють з композиційного матеріалу з використанням скляних волокон, а в зовнішні шари додатково вмотують проміжні шари зі скляної стрічки, 5) конструкція горловини вздовж всієї довжини передбачає використання основного композиційного матеріалу зі скляних волокон, що забезпечує механічну міцність конструкції та виготовленого за стандартною технологію намотування склопластика та комбінованого матеріалу з проміжними шарами зі скляної стрічки у верхній частині горловини, що розташована біля теплого фланця, 6) нижню частину теплового екрана виготовляють з іншого діелектрику, наприклад германію чи полікору, тобто полікристалічного корунду, 7) верхню частину горловини виготовляють з додаванням полімерної стрічки, наприклад саранової, тобто полівінілдихлоридної чи лавсанової стрічки, чи іншої полімерної стрічки, 8) зазначену полімерну стрічку модифікують шляхом покриття тонкою металевою плівкою з товщиною не більше 0,2 мкм. Технічний результат: 1) зменшення власного шуму кріостата; 2) збільшення часу роботи на одній заправці рідким гелієм, тобто здешевлення вимірювань, за рахунок зменшення швидкості випаровування рідкого гелію; 3) спрощення технології виготовлення кріостата; 4) підвищення жорсткості та механічної міцності конструкції кріостата. Короткий опис ілюстрацій: Фіг. 1 - Вигляд збоку пропонованого кріостата: 1 - верхній теплий фланець, 2 - зовнішній корпус, 3 - профільована донна частина. 4 UA 104501 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Фіг. 2 - Креслення: розріз А-А пропонованого кріостата: 1 - верхній теплий фланець, 2 зовнішній корпус, 3 - профільована донна частина, 4 - внутрішній гелієвий бак, 5 - горловина. Фіг. 3 - Зовнішній вигляд пропонованого кріостата: 1 - верхній теплий фланець, 2 - зовнішній корпус, 3 - профільована донна частина. Фіг. 4 - Схема виготовлення теплоізоляції пропонованого кріостата: 1 - верхній теплий фланець, 2 - зовнішній корпус, 3 - профільована донна частина, 4 - внутрішній гелієвий бак, 5 горловина, 6 - металеві теплові радіаційні екрани, 7 - діелектрична частина теплового екрану. В основній реалізації суть винаходу пояснюється за допомогою Фіг. 1, на якій наведено вигляд кріостата збоку. Кріостат має форму циліндра діаметром 580 мм та висотою 1380 мм. Він включає зовнішній склопластиковий корпус 2, до якого зверху кріплять кришку (фланець) 1 з патрубком для відкачки повітря, а знизу - профільоване дно 3. Більш детально пропонована конструкція розкривається за допомогою креслення вертикального розрізу, поданого на Фіг.2, де показано: кришку (фланець) 1, зовнішній склопластиковий корпус 2, профільовані донні частини 3, внутрішній корпус (гелієва посудина) 4, горловина 5. Загальний вигляд кріостата наведено на Фіг. 3: кришка (фланець) 1, зовнішній склопластиковий корпус 2, профільовані донні частини 3. Пропонована конструкція теплового екрана передбачає наявність двох частин, зв'язаних між собою тепловими контактами, тобто гібридний тепловий екран. Більш детально суть пропонованої конструкції екрана пояснює схема, подана на Фіг. 4, на якій показані: кришка (фланець) 1, зовнішній склопластиковий корпус 2, профільовані донні частини 3, внутрішній корпус (гелієва посудина) 4, горловина 5, металеві теплові радіаційні екрани 6, діелектрична частина теплового екрана 7. В основній реалізації нижню частину теплового екрана виготовляють суцільною з матеріалів із високою фононною теплопровідністю, наприклад сапфіра, і вона може мати досить велику товщину - 1 мм і більше. При цьому через відсутність в матеріалі, з якого виготовлена нижня частина екрана, вільних електронів та взагалі електропровідності, шуму Найквіста екрана немає і його спектральна щільність визначається тільки віддаленими металевими провідниками. В той же час, циліндрична частина екрана, що знаходиться на достатньому віддаленні від СКВІДів, виготовляється з окремих, електрично ізольованих провідників у вигляді дроту або стрічки. Отже, відмінна ознака конструкції полягає в тому, що для забезпечення власного шуму 1/2 кріостата із спектральною щільністю 3-5 фТл/Гц теплові радіаційні металічні екрани в області розташування СКВІДів замінюють на сапфірові (а-АІ2О3) екрани, що мають значну питому теплопровідність близько 1000 Вт/(м-К) при Т«80К. В результаті конструкція теплового екрана склопластикового кріостата для біомагнітних вимірювань забезпечує можливість реєстрації МЕГ 1/2 на рівні визначеному власними шумами СКВІДів (біля 1 фТл/Гц ). Перевагою пропонованої конструкції горловини є те, що вона має ділянки з комбінованою структурою - склопластик + фольгований матеріал. В основній реалізації стінка горловини із зовнішнього боку має один або декілька шарів тонкої фольги, виготовленої із скла, з низьким коефіцієнтом проникності для гелію. В іншій реалізації нижню частину теплового екрана виготовляють з іншого діелектрику, наприклад германію чи полікору, тобто полікристалічного корунду. Ще в іншій реалізації верхню частину горловини виготовляють з додаванням не скляної, а полімерної стрічки, наприклад саранової (полівінілдихлоридної), лавсанової стрічки чи іншої полімерної стрічки. У додатковій реалізації зазначену полімерну стрічку модифікують шляхом покриття тонкою металевою плівкою з товщиною не більше 0,2 мкм. Також в основній реалізації пропонується спеціальний спосіб виготовлення горловини, який включає 2 етапи. При цьому протягом 1-го етапу для забезпечення механічної міцності конструкції застосовують стандартну технологію намотування склопластику, а протягом 2-го етапу намотують один чи більше шарів склотканини, між якими додатково намотують проміжні шари зі скляної стрічки. В основній реалізації пропонований кріостат призначений для використання в високочутливих МЕГ системах. При цьому донні частини як гелієвого бака, так і зовнішнього корпусу кріостата спеціальним чином спрофільовані по поверхні, максимально подібній формі голови людини. Це дозволяє розмістити чутливі елементи - СКВІДи, в рідкому гелії на профільному дні кріостата і забезпечити їх розташування на однаковій відстані від поверхні головного мозку. В інших реалізаціях кріостат може застосовуватися для будь-яких інших біомагнітних вимірювань, в яких використовують десятки чи сотні СКВІД-каналів. При цьому розміри 5 UA 104501 C2 5 10 кріостата, форму його нижньої частини та/або дна розраховують, виходячи з вимог кожного конкретного виду вимірювань. Пропонований кріостат промислово придатний і може бути легко запущений у виробництво, оскільки він виготовляється із промислово освоєних матеріалів (метали, склопластики, клеї) і на основі існуючих виробничих технологій. В широкому сенсі галуззю застосування кріостата є надчутлива біомагнітометрія, проведення наукових експериментів та біомедичні дослідження, спрямовані на вивчення роботи організму людини чи розробку нових методів медичної діагностики. Конкретна реалізація пристрою та способу детально описана з метою ілюстрації. Зрозуміло, що люди, досвідчені в галузі кріогенної техніки та надчутливих магнітних вимірювань, можуть внести деякі зміни чи модифікації в пропоновані пристрій та спосіб. Проте, якщо зазначені зміни та модифікації без суттєвих відхилень від суті даного винаходу, вони підпадають під його дію. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 45 1. Склопластиковий кріостат для біомагнітних вимірювань, призначений для охолодження надпровідникових СКВІД-магнітометрів до кріогенних температур, який включає циліндричну посудину для зрідженого гелію (далі - гелієвий бак), оточений тепловим радіаційним екраном, екранно-вакуумною теплоізоляцією (ЕВТІ) та вміщений у зовнішній циліндричний корпус, кріостат закритий зверху плоскою кришкою (далі - фланець), ЕВТІ заповнює вакуумну порожнину між баком та корпусом, всі конструктивні елементи, крім екрана, виконані зі склопластиків для проникнення магнітного поля всередину кріостата, частину елементів конструкції виготовляють відомими стандартними способами, у тому числі верхню металічну частину екрана, циліндричні корпус та гелієвий бак - намотуванням композиційним матеріалом зі скляними волокнами, фланець - зі склопластикових чи текстолітових плит; який відрізняється тим, що дно корпусу та бака виконано у вигляді профільованої поверхні, форма якої максимально наближена до форми голови людини, тепловий радіаційний екран виконують не менш ніж з 2-х частин, зазначені частини виконують так, що вони мають тепловий контакт між собою, нижню частину зазначеного екрана, яка знаходиться поблизу СКВІДів, виконують суцільною і товщиною не менше ніж 1 мм та виготовляють із діелектрика з високою фононною теплопровідністю, у якому відсутня електронна теплопровідність, наприклад сапфіра, верхню частину горловини, розташовану біля теплого фланця, виконують комбінованої структури, в якій внутрішні шари виготовляють із композиційного скловолокнистого матеріалу за стандартною технологію намотування, а у зовнішні шари додатково вмотують шари зі скляної стрічки. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що нижню частину теплового екрана виготовляють з іншого діелектрика, наприклад германію чи полікору, тобто полікристалічного корунду. 3. Пристрій за п. 1 чи 2, який відрізняється тим, що верхню частину горловини виготовляють з додаванням полімерної стрічки, наприклад саранової, тобто полівінілдихлоридної чи лавсанової стрічки, чи іншої полімерної стрічки. 4. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що полімерну стрічку модифікують шляхом покриття тонкою алюмінієвою плівкою з товщиною не більше 0,2 мкм. 5. Спосіб виготовлення кріостата за пп. 1-4, згідно з яким горловину виготовляють за 2 етапи, який відрізняється тим, що протягом 1-го етапу для забезпечення жорсткості конструкції застосовують відому стандартну технологію намотування склотканини, протягом 2-го етапу намотують не менш ніж один шар склотканини, між якими додатково намотують проміжні шари зі скляної стрічки. 6 UA 104501 C2 7 UA 104501 C2 8 UA 104501 C2 9 UA 104501 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 10