Криокулеры, компрессоры и магнитные системы BAMA: оборудование для низких температур и сильных магнитных полей

Научные исследования при криогенных температурах, работа со сверхпроводящими материалами и создание сильных магнитных полей требуют согласованной работы систем охлаждения и магнитного оборудования. От холодопроизводительности криокулера, характеристик гелиевого компрессора и конструкции магнита зависят рабочие параметры установки и возможности проведения экспериментов. 

Suzhou Bama Superconductive Technology Co., Ltd. — разрабатывает оборудование для криогенной техники, сверхпроводимости и высоковакуумных систем. В линейку входят криокулеры, гелиевые компрессоры и сверхпроводящие магнитные системы для научных лабораторий, приборостроения, полупроводниковой промышленности и крупных исследовательских проектов.

Криокулеры BAMA: охлаждение до 4 K, 20 K и 70 K

Криокулеры серии BMC работают по циклу Гиффорда — Мак-Магона (GM). Гелий циркулирует в замкнутом контуре между компрессором и холодной головкой, которая отводит тепло от охлаждаемого узла. Такая схема позволяет получать низкие температуры без постоянной подачи жидкого криогена непосредственно в охлаждаемую систему.

При выборе криокулера важно учитывать не только минимальную достижимую температуру, но и холодопроизводительность при заданной рабочей температуре. Чем выше тепловая нагрузка, тем больше мощности требуется для поддержания необходимого температурного режима.

Для небольших нагрузок на уровне 4 K подходит BMC401 с холодопроизводительностью 0,16 Вт при 4,2 K. Для установок, которым требуется более высокая холодопроизводительность, предусмотрена модель BMC440: она обеспечивает 4 Вт при 4,2 K на второй ступени и 68 Вт при 50 K на первой.

Двухступенчатая конструкция позволяет отводить тепло на разных температурных уровнях. Это важно для систем, в которых необходимо одновременно охлаждать сверхпроводящий узел и тепловые экраны.

При подборе модели необходимо учитывать тепловую нагрузку на каждую ступень, рабочую точку на графике холодопроизводительности, время охлаждения, монтажные размеры и условия эксплуатации. Обозначения температурных классов не гарантируют поддержание одной и той же температуры при любой нагрузке.

Гелиевые компрессоры: согласование с холодной головкой

Компрессор обеспечивает циркуляцию и сжатие гелия в замкнутом контуре криокулера. Его характеристики должны соответствовать требованиям холодной головки: от совместимости зависит работа системы в предусмотренном производителем режиме. В линейке BAMA представлены компрессоры серии HC с воздушным и водяным охлаждением.

Компрессоры с водяным охлаждением — HC-300, HC-503, HC-600, HC-603, HC-603M2, HC-800, HC-900, HC-1000 и HC-1200. При выборе необходимо проверить параметры системы охлаждающей воды: температуру, расход и давление, а также требования к подключению.

Компрессоры с воздушным охлаждением — HC-104F и HC-603F. Для их установки важно предусмотреть достаточную вентиляцию, допустимую температуру окружающего воздуха и отвод тепла от оборудования.

В качестве компактного решения для небольшой криогенной системы можно рассмотреть связку BMC401 и HC-104F. В исходных данных для компрессора указана мощность 1,5 кВт.

Для ряда криокулеров температурных классов 4 K, 20 K и 70 K предусмотрен компрессор HC-603 мощностью 6,5 кВт. Модель HC-1200 мощностью 13 кВт указана для BMC440, BMC280 и BMC2100.

Эти примеры показывают, почему компрессор и холодную головку следует выбирать как единую систему. Перед заказом необходимо сверить совместимость конкретных моделей по каталогу производителя, включая требования к электропитанию, охлаждению и параметрам гелиевого контура.

Как подобрать криогенную систему под задачу

Для стабильной работы криогенной установки необходимо согласовать несколько параметров:

- Температурный режим. Определяет выбор холодной головки и требования к теплоизоляции системы

- Холодопроизводительность. Рассчитывается с учётом теплопритоков, охлаждаемого оборудования и нагрузки на каждую ступень

- Совместимость компрессора и криокулера. Проверяется по моделям и рабочим параметрам, указанным производителем

- Отвод тепла. Зависит от выбранного способа охлаждения компрессора и инфраструктуры площадки

- Монтаж и подключения. Необходимо учесть электропитание, гелиевые линии, расстояние между компонентами и доступ для обслуживания

- Эксплуатация. Межсервисные интервалы и требования к техническому обслуживанию учитывают при планировании работы установки.

Согласование этих параметров позволяет подобрать оборудование под реальные условия эксплуатации и избежать ограничений, связанных с недостаточной холодопроизводительностью или несовместимостью компонентов.

Сверхпроводящие магнитные системы BAMA

Помимо оборудования для охлаждения, BAMA предлагает сверхпроводящие магниты для исследований в сильных магнитных полях и специализированных технологических процессов. Конфигурация системы зависит от требуемой индукции, геометрии рабочего пространства, доступа к образцу и условий охлаждения.

Соленоидные магниты. В линейке представлены системы с магнитной индукцией 3, 5, 9, 12, 14 и 16 Тл. В зависимости от исполнения различаются диаметр рабочего канала и конструкция охлаждения. Такие магниты используют в экспериментах, где необходимо создавать сильное магнитное поле в ограниченной рабочей области.

Векторные магнитные системы. Две или три ортогональные системы катушек позволяют изменять направление результирующего магнитного поля. В зависимости от конфигурации могут предусматриваться оптический доступ к образцу и исполнение для сверхвысокого вакуума. Это расширяет возможности экспериментов, в которых важно исследовать свойства материалов при разных ориентациях поля.

Системы без жидкого гелия и с реконденсацией. Для ряда магнитных комплексов предусмотрено охлаждение от криокулера. В системах с реконденсацией криокулер повторно конденсирует испаряющийся гелий, помогая организовать его замкнутый цикл использования. Конкретная схема зависит от конструкции магнита и криогенной системы.

Магниты MCZ. Специализированные решения предназначены для выращивания монокристаллов кремния методом Чохральского в магнитном поле. Такое оборудование применяют в процессах получения кремниевых монокристаллов для полупроводниковой и фотоэлектрической промышленности.

Магниты для гиротронов и ускорителей. В линейке представлены системы для гиротронов с полями 1,2 и 5 Тл, а также специализированные решения для циклотронов, транспортировки пучка и других научных установок. При подборе учитывают требования к магнитному полю, геометрии установки, охлаждению и интеграции с остальным оборудованием.

Комплексная комплектация магнитных систем

Для работы сверхпроводящего магнита необходимо согласовать не только магнитную и криогенную части, но и оборудование электропитания, управления и контроля.

В зависимости от конфигурации BAMA может комплектовать магнитные системы криостатами, высокотемпературными сверхпроводящими токовводами, сверхпроводящими переключателями, источниками питания и системами контроля.

Эти компоненты выполняют разные функции: криостат обеспечивает условия для поддержания низкой температуры, токовводы позволяют передавать ток в криогенную зону, переключатели участвуют в управлении режимом сверхпроводящей цепи, а источники питания и системы контроля обеспечивают работу оборудования в заданных режимах.

Состав комплекта определяют по техническим требованиям проекта. При этом необходимо учитывать не только характеристики отдельного магнита, но и совместимость всех узлов, условия охлаждения, требования к электропитанию и доступное пространство для монтажа.

BAMA: от криогенных компонентов до исследовательских комплексов

Линейка BAMA охватывает несколько взаимосвязанных направлений: криокулеры для охлаждения до низких температур, гелиевые компрессоры для организации замкнутого контура и сверхпроводящие магнитные системы для создания сильных магнитных полей.

Криокулеры серий BMC позволяют выбирать оборудование по температурному уровню и холодопроизводительности. Компрессоры HC обеспечивают работу совместимых холодных головок с учётом требований к охлаждению. Магнитная линейка включает соленоидные и векторные системы, комплексы для выращивания монокристаллов кремния, гиротронов и ускорителей.

ГК «Научное оборудование» помогает подобрать оборудование BAMA с учётом температурного режима, требуемого магнитного поля и особенностей исследовательской или производственной установки. При комплектации системы важно заранее согласовать параметры криокулера, компрессора, магнита и вспомогательных узлов, чтобы обеспечить их совместную работу в предусмотренных режимах.