Kryogenika a supravodivost

Základní pracovní náplní skupiny kryogeniky a supravodivosti byl výzkum a vývoj supravodivých magnetů pro nukleární magnetickou rezonanci (NMR) včetně souvisejícího vědeckého i technického zázemí k dosahování a uchovávání velmi nízkých teplot (až do 4,2 K, resp. –269°C). V průběhu let se náplň činnosti postupně rozšiřovala o další nezbytné součásti kryogeniky, např. o vakuovou techniku, nízkoteplotní termometrii, materiálové inženýrství a další. V současné době řeší skupina projekty z oblasti základního i aplikovaného výzkumu. V obou případech skupina využívá své rozsáhlé, a v rámci ČR zcela ojedinělé experimentální zázemí k ověřování a testování vědeckých i technických teorií a poznatků. Významným podpůrným prvkem je vlastnictví zkapalňovače hélia.

Skupina kryogeniky a supravodivosti nabízí své zkušenosti v následujících oblastech:

• nízkoteplotní termometrie,
• návrhy a realizace kryogenních systémů,
• stanovení tepelně-radiačních vlastností materiálů,
• vakuová technika,
• měření magnetických polí a návrhy supravodivých magnetů,
• konzultace a školení v oblasti bezpečnosti kryogenní techniky.

Nízkoteplotní termometrie

Aktivity v této oblasti využívají zařízení vlastní konstrukce, která umožňují:

• kalibraci teplotních snímačů pomocí sekundárního teplotního etalonu v rozsahu 1,4 K  – 100 K s přesností lepší než ± 16 mK,
• měření tepelné vodivosti materiálů a součástek v rozsahu teplot 10 K – 300 K. Menší vzorky do průměru 40 mm a délky 50 mm lze proměřovat v existujícím zařízení, pro větší vzorky je možné navrhnout a vyrobit speciální měřicí zařízení.

Návrhy a realizace kryogenních systémů

Realizovali jsme množství specializovaných kryogenních systémů pro širokou škálu použití a máme navrženy teoretické i experimentální postupy (programy, testy, ověřování vlastností) vedoucí až k realizaci konkrétního systému dle požadavků zákazníka.

Nabízíme mnohaleté zkušenosti v následujících oblastech:

• numerické modelování ustálených i neustálených tepelných dějů v kryogenních systémech pomocí námi vyvinutého programu KRYOM 3.3,
• tepelné cyklování materiálů v rozsahu 4,2 – 373 K,
• zjišťování mechanických vlastností materiálů za nízkých teplot,
• chlazení využívající zkapalněných plynů,
• licenci k programu KRYOM 3.3, který umožňuje analyzovat a optimalizovat obvyklá kryotechnická zařízení.

Příklady realizací:

• kryostaty pro uchovávání zkapalněných plynů (např. pro supravodivé magnety),
• kryogenní systémy pro fyzikální experimenty,
• héliová kryovývěva pro vakuová čerpání bez vibrací a elektromagnetic­kých polí.

Stanovení tepelně radiačních vlastností materiálů

Radiační a absorpční vlastnosti povrchů hrají v kryogenice zásadní úlohu a významným způsobem ovlivňují ekonomiku provozu systémů pracujících za velmi nízkých teplot. V mnoha případech je nutné eliminovat parazitní tepelný tok z teplého povrchu na studený.

Zajišťujeme

• měření teplotních závislostí emisivit a absorptivit povrchů materiálů na vzorcích o průměru 40 mm v rozsahu teplot 20 – 300 K.

Vakuová technika

Mnohaleté působení v tomto oboru nám přineslo praktické zkušenosti v následujících aktivitách:

• kvantitativní i kvalitativní stanovení zbytkových plynů (až do hmotnostního čísla 100) ve vakuových systémech,
• superčisté čerpání vakuových prostorů pomocí héliové kryovývěvy vlastní konstrukce, která dosahuje čerpací rychlosti 25 l / s pro hélium a může čerpat vakuové prostory až do tlaku 10–7 Pa bez vibrací a bez elektrického napájení,
• měření nízkých tlaků v rozsahu 100 Pa – 0,6 MPa v neagresivním prostředí s přesností 0,1 %,
• hledání netěsností ve vakuových systémech.

Stacionární magnetická pole

Historické propojení skupiny s problematikou magnetické rezonance a supravodivých magnetů prohloubilo naše zkušenosti v následujících aktivitách:

• mapování rozptylových magnetických polí s využitím Hallových sond,
• precizní měření homogenních magnetických polí v rozsahu 0,7 – 13,7 T metodou využívající magnetické rezonance,
• experimentální stanovení vlivu stacionárního magnetického pole až do 4,7 T na vyvíjené technické systémy,
• návrhy a realizace supravodivých magnetických systémů s rotační symetrií.

Konzultace a školení o bezpečnosti v oblasti kryogenní techniky

Nebezpečí v oblasti kryogeniky jsou značná a nejsou na první pohled příliš zřetelná. Osoby pracující v této oblasti musí být dobře informovány a proškoleny, neboť hrozí vážné poškození zdraví (nízkoteplotní popáleniny, mechanická zranění, smrt udušením). Většina nádob na uchovávání zkapalněných plynů jsou tlakové nádoby, pro které platí velmi přísné předpisy pro výrobu, manipulaci i údržbu.

Nabízíme konzultace a školení v následujících oblastech:

• bezpečnost práce s kryokapalinami,
• bezpečnost při skladování a dopravě kryokapalin.

Kontakt:
Ing. Aleš Srnka, CSc.
e-mail: srnka@isibrno.cz
tel: +420 541 514 264

Ing. Tomáš Králík, PhD.
e-mail: kralik@isibrno.cz
tel: +420 541 514 269

Ing. Pavel Hanzelka
e-mail: hanzelka@isibrno.cz
tel: +420 541 514 265

Podrobnější informace: http://www.isibrno.cz/cryogenics

• Login