Kryostat (speciální případ termostatu ) je zařízení, které je tepelně izolováno od okolního prostředí pro dosažení nízké teploty, nižší než -60 °C (200 K). V něm je udržována nízká teplota díky výměně tepla s vnějším zdrojem nízkých teplot . Jako takový zdroj se používají kryoagenty , jako jsou kapalné plyny s nízkými kondenzačními teplotami ( dusík , vodík , helium ) .
Každý kryostat vyžaduje tepelnou izolaci pracovního objemu od okolního prostředí. Čím nižší je teplota pracovního objemu, tím vyšší jsou požadavky na tepelnou izolaci. Kryostaty plněné kapalným dusíkem nebo kyslíkem často používají tepelnou izolaci s vysokým vakuem. U heliových kryostatů se kromě takové izolace používají další chlazené vysokovakuové nádoby (kryostat v kryostatu), takže se snižují ztráty sáláním tepla z vnějších stěn. Jako chladicí kapalinu pro vnější stěny lze použít pomocné kryočinidlo (například kapalný dusík). Poté je oblast s kapalným dusíkem obklopena kryostatem s komorou chlazenou kapalným heliem. Pokud je chlazený objem umístěn v kapalině, pak se teplota vzorku mění v poměrně úzkém rozmezí kapalného skupenství, proto je ochlazený objem obvykle umístěn buď v páře kryočinidla nebo jednoduše na výměníku tepla .
Existují systémy, které nepoužívají tekutá kryoagens, tzv. suché ( Cryogen free ) kryostaty . V tomto případě je jako pracovní tekutina použito vysokotlaké helium, které je čerpáno přes porézní materiál v režimu plynové expanze do oblasti se sníženým tlakem, což vede k ochlazení .
Pro dosažení teplot do 77 K se v Dewarových nádobách používá kapalný dusík , do 1,5 K - kapalné helium-4 v Dewarových nádobách s odčerpáváním , do 0,24 K - helium-3 v kryostatech s uzavřeným cyklem, do 10 mK - směs helia-3 a helia-4 v ředicích lednicích .
Kryostaty se používají nejen pro chlazení malého objemu na minimální teploty, ale také pro chlazení masivních supravodivých magnetů na teploty pod kritické hodnoty [1] .
Teplota pracovního objemu v kryostatu může být řízena pomocí ohřívačů, změnou tlaku páry nad kryoagentem, který plní kryostat, nebo zahříváním páry kryostatu nebo jednoduchou výměnou tepla mezi kovovými částmi a vzorkem.
Kryostaty se liší
Arkharov A. M., Marfenina I. V., Mikulin E. I. Kryogenní systémy. Svazek 1. Základy teorie a výpočtu. - M .: Mashinostroenie, 1996. - 576 s. — ISBN 5-217-02584-0 .