Склопластиковий гелієвий кріостат для багатоканальної магнітометрії

Реферат: UA 104689 C2 (12) UA 104689 C2 Кріостат призначений для охолодження СКВІДів при проведенні надчутливих магнітних вимірювань, включає внутрішню та зовнішню посудини, вакуумну порожнину між ними та фланець. Відрізняється тим, що внутрішня посудина має багато хвостовиків, зовнішній хвостовик змінного діаметра плавно переходить у корпус, у його дні є заглиблення для вставляння внутрішніх хвостовиків, горловину покривають плівкою з титану, вісмуту, чи іншого металу з пониженою теплопровідністю. UA 104689 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі надчутливої магнітометрії, більш конкретно, він стосується засобів охолодження Надпровідникових Квантових Інтерференційних Детекторів (СКВІДів), у першу чергу, для реєстрації магнітних полів біологічних об'єктів - біомагнітометрії. У винаході розкрито конструкцію спеціального гелієвого кріостата для проведення біомагнітних вимірювань за допомогою СКВІД-магнітометричної апаратури. Один із сучасних напрямів біомедичних технологій, біомагнетизм, ґрунтується на вимірюванні слабких магнітних полів, генерованих організмом людини в процесі його життєдіяльності. Амплітуда полів, створених електричною активністю серця поблизу грудної клітки людини становить біля 1-10 пікоТл, а рівень шуму сучасних СКВІД-магнітометрів становить декілька фемтоТл в одничній смузі частот. Сучасні МКГ системи містять 4-50 СКВІД-каналів і потребують для роботи спеціальних склопластикових кріостатів з об'ємом гелієвої ємності 10-40 літрів; відстанню від приймальних витків антен СКВІДів до зовнішньої поверхні (дна) - декілька сантиметрів; втратами рідкого 1/2 гелію - декілька літрів на добу і власним шумом кріостата не більше 5 фТл/Гц на частотах 1100 Гц. Вдосконалення конструкцій кріостатів йде в таких напрямках: 1) підвищення чутливості магнітних вимірювань: а) зменшення власного шуму кріостата; б) екранування зовнішніх електромагнітних перешкод вимірюванням; в) зменшення відстані від антен до поверхні тіла людини; 2) підвищення ефективності охолодження та зменшення втрат гелію: а) вдосконалення теплової ізоляції; б) зменшення проникнення гелію у вакуумну порожнину; в) підвищення жорсткості та довговічності конструкції. Для біомагнітних гелієвих кріостатів мінімум власних шумів досягається при використанні як конструкційного матеріалу композитного пластику, спеціальної багатошарової екранновакуумної теплоізоляції (ЕВТІ, суперізоляції) з кількома тепловими екранами. Для екранування зовнішніх перешкод відомо склопластиковий кріостат для біомагнітних вимірювань US 2011/0041520 [F25B 19/00, В23Р 15/26, G01R 33/02, Cryostat and biomagnetic measuring system having a high-frequency shielding, S.N. Erne, H. Nowak, BMDSYS GmbH, 2011], який складається не менш ніж з одної внутрішньої посудини, зовнішньої посудини та порожнини між ними, у якій створюють розрідження та розміщують не менш ніж один електромагнітний екран для послаблення завад всередині внутрішньої посудини кріостата не менш ніж на 5 ДБ у смузі частот 100 кГц - 1 ГГц. Кріостат включає не менш ніж одну клему заземлення, розташовану зовні та провід, що з'єднує зазначені екрани з електричним заземленням; чи Землею. Модифікації конструкції згідно з US 2011/0041520 включають не менш ніж 2 з'єднані резистором чи ємністю екрани з металевої фольги виконаної з алюмінію, міді, срібла чи золота; застосовують фольгу товщиною в діапазоні 5-500 мкм, 10-100 мкм чи біля 70 мкм; або із самоклеючої металевої стрічки. Інші модифікації кріостата 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 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 навколо внутрішньої посудини якнайменш 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. Проте, загальним недоліком таких екранів є наявність металу у безпосередній близькості від приймального витка градієнтометра, що генерує шум Найквіста, шуми від градієнта температури та перевипромінення зовнішніх коливань. Основний вклад в шум кріостата вносить тепловий екран та ЕВТІ, розташовані у вакуумному проміжку біля дна склопластикового кріостата. 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 екранів шум Найквіcта пропорційний об'єму металу. Тому для 1/2 зменшення шуму до рівня 1 фТл/Гц потрібно зменшити розміри металевих провідників (