專(zhuān)利名稱(chēng)：使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀，具體說(shuō)明為，關(guān)于使用制冷機(jī)從超低溫改變超導(dǎo)磁體及樣品的溫度，同時(shí)導(dǎo)入外部磁場(chǎng)，獲得穆斯堡爾光譜的設(shè)備，該設(shè)備無(wú)需使用液氦，使用制冷機(jī)對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行冷卻的同時(shí)導(dǎo)入外部磁場(chǎng)，能夠節(jié)省液氦消耗帶來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用，而且測(cè)試樣品的安裝非常容易，能夠最大程度降低工作人員受到的Y射線(xiàn)輻射，而且使用非常方便。
背景技術(shù)：
以往的穆斯堡爾光譜儀導(dǎo)入外部磁場(chǎng)時(shí)，需要使用液氦對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行冷卻獲得外部磁場(chǎng)，因此，其附帶設(shè)備，如用于獲取光譜所需的變頻器和檢測(cè)器設(shè)置困難，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，需要在冷卻過(guò)程中耗費(fèi)大量時(shí)間，對(duì)樣品進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)，更需要消耗大量液氦，費(fèi)用很高。另外，穆斯堡爾光譜儀使用57Co作為放射源進(jìn)行光譜分析，長(zhǎng)時(shí)間暴露于放射源下，會(huì)對(duì)人體造成致命傷害。因此，確保穆斯堡爾光譜儀的操作人員能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成樣品安裝，進(jìn)行分析是至關(guān)重要的。目前迫切需要開(kāi)發(fā)一種新型的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀，該設(shè)備無(wú)需使用液氦，代之使用制冷機(jī)對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行冷卻，導(dǎo)入外部磁場(chǎng)，節(jié)省液氦消耗帶來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用，而且能夠非常容易地安裝測(cè)試樣品，最大程度降低工作人員受到的Y射線(xiàn)輻射，使用非常方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問(wèn)題而提出，其目的是提供一種能夠使用制冷機(jī)從超低溫改變超導(dǎo)磁體及樣品的溫度，同時(shí)導(dǎo)入外部磁場(chǎng)，獲得穆斯堡爾光譜的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀。本發(fā)明目的還在于，提供一種能夠使用制冷機(jī)對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行冷卻的同時(shí)導(dǎo)入外部磁場(chǎng)，節(jié)省液氦消耗帶來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀。本發(fā)明目的還在于，提供一種能夠非常容易地安裝測(cè)試樣品，最大程度降低工作人員受到的Y射線(xiàn)輻射的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀。本發(fā)明目的還在于，提供一種使用非常方便的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例涉及的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀，組成包括:穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元；穆斯堡爾速度變頻器；Y射線(xiàn)源；樣品；超導(dǎo)磁體；制冷機(jī)；比例計(jì)數(shù)器；信號(hào)放大器；數(shù)據(jù)獲取模塊；計(jì)算機(jī)；其中，穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元從電源部獲得電力供應(yīng)，產(chǎn)生周期性信號(hào)，傳送給穆斯堡爾速度變頻器；穆斯堡爾速度變頻器以從所述穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元接收信號(hào)時(shí)刻為初始時(shí)刻，形成一個(gè)鋸齒波，通過(guò)積分電路將所述鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物線(xiàn)波形，并對(duì)所述拋物線(xiàn)波形進(jìn)行放大，以加大拋物線(xiàn)波形并獲得強(qiáng)電流信號(hào)，另外，所述放大信號(hào)傳送到穆斯堡爾速度變頻器的推進(jìn)線(xiàn)圈后，在垂直作用于所述線(xiàn)圈的磁場(chǎng)作用下，位于線(xiàn)圈中央的銅軸將進(jìn)行周期性的勻加速運(yùn)動(dòng)，但由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的勻加速運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)位于銅軸另一側(cè)的感應(yīng)線(xiàn)圈感應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋處理，以抵消不均勻運(yùn)動(dòng)；Y射線(xiàn)源附著在所述穆斯堡爾速度變頻器內(nèi)銅軸一端，產(chǎn)生Y射線(xiàn)；樣品(吸收體)能夠吸收所述Y射線(xiàn)；超導(dǎo)磁體向所述樣品導(dǎo)入磁場(chǎng)；制冷機(jī)將所述樣品的溫度冷卻到超低溫；比例計(jì)數(shù)器(檢測(cè)器)通過(guò)諧振吸收對(duì)透過(guò)所述樣品的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；信號(hào)放大器對(duì)所述比例計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的電信號(hào)(脈沖電流)進(jìn)行放大；數(shù)據(jù)獲取模塊通過(guò)穆斯堡爾程序?qū)λ鲂盘?hào)放大器放大的信號(hào)進(jìn)行處理，按通道保存比例計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)；計(jì)算機(jī)通過(guò)穆斯堡爾數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)所述數(shù)據(jù)獲取模塊中保存的包含溫度和磁場(chǎng)變化值等參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將穆斯堡爾光譜作為結(jié)果輸出。所述比例計(jì)數(shù)器從高壓電源(High Voltage Power Supply)接入直流高壓(1000-2000V)后，Y射線(xiàn)進(jìn)入計(jì)數(shù)管，將使計(jì)數(shù)管內(nèi)氣體電離，離子數(shù)與Y射線(xiàn)的光子能量成正比，因此，能夠通過(guò)脈沖電流對(duì)進(jìn)入到計(jì)數(shù)管的Y射線(xiàn)的光子進(jìn)行計(jì)數(shù)。所述信號(hào)放大器同時(shí)包含低噪聲前置放大器和主前置放大器。所述超導(dǎo)磁體使用了 NbTi超導(dǎo)線(xiàn)材，能夠向樣品導(dǎo)入最大50KG(KiloGuass)的磁場(chǎng)，為保證超導(dǎo)磁體與外部絕熱，同時(shí)確保通過(guò)大電流時(shí)不產(chǎn)生熱量，使用臨界溫度在70K以上的超導(dǎo)材料制成的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)供給電流。使用制冷機(jī)將所述樣品的溫度降到超低溫后，通過(guò)樣品管和樣品夾持器上設(shè)置的加熱器及溫度調(diào)節(jié)器，能夠在4.2K至325K的溫度范圍內(nèi)對(duì)樣品溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的使用制冷 機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀具有以下效果。第一、本發(fā)明能夠使用制冷機(jī)從超低溫改變超導(dǎo)磁體及樣品的溫度，同時(shí)導(dǎo)入外部磁場(chǎng)，獲得穆斯堡爾光譜。第二、本發(fā)明無(wú)需使用液氦，代之使用制冷機(jī)對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行冷卻，導(dǎo)入外部磁場(chǎng)，能夠節(jié)省液氦消耗帶來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用。第三、本發(fā)明能夠非常容易地安裝測(cè)試樣品，最大程度降低工作人員受到的Y射線(xiàn)輻射。第四、本發(fā)明對(duì)使用者而言，使用非常方便。


圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例涉及的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例涉及的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀的結(jié)構(gòu)中，安裝樣品后，在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的主要結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例涉及的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀的結(jié)構(gòu)中，安裝樣品后，在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記100:穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元200:穆斯堡爾速度變頻器
300: Y射線(xiàn)源400:樣品(吸收體)500、21:超導(dǎo)磁體600:制冷機(jī)/壓縮機(jī)700:比例計(jì)數(shù)器(檢測(cè)器)800:信號(hào)放大器900:數(shù)據(jù)獲取模塊1000:計(jì)算機(jī)110:高壓電源120、150:電源610:溫度調(diào)節(jié)器。
具體實(shí)施方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在以下說(shuō)明中，為避免混淆本發(fā)明技術(shù)思想，對(duì)于眾所周知的已公示技術(shù)或結(jié)構(gòu)將省去詳細(xì)說(shuō)明，另外，下面用到的用語(yǔ)是在本發(fā)明的功能基礎(chǔ)上定義的，可能會(huì)因?yàn)槭褂谜叩囊鈭D或習(xí)慣而有所不同，因此，其定義應(yīng)以對(duì)本發(fā)明，即，使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明的本說(shuō)明書(shū)整體內(nèi)容為基礎(chǔ)進(jìn)行理解。下面參照附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例涉及的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例涉及的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例涉及的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀的結(jié)構(gòu)中，安裝樣品后，在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的主要結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例涉及的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀的結(jié)構(gòu)中，安裝樣品后，在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。穆斯堡爾光譜技術(shù)(M6ssbauer spectroscopy)是一種利用滿(mǎn)足海森堡不確定原理的10_12eV大小的高分解能與10_7秒時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生的微觀現(xiàn)象進(jìn)行特性分析的技術(shù)。另外，穆斯堡爾光譜儀能夠利用多普勒(Doppler)效應(yīng)對(duì)應(yīng)的Y射線(xiàn)諧振現(xiàn)象通過(guò)光譜對(duì)特定能量級(jí)別的微觀變化進(jìn)行量子學(xué)分析，獲得超精細(xì)場(chǎng)(Hyperfine field)、異構(gòu)體移位(Isomer shift)、超交換相互作用(Super-exchange)、四極分裂(Quadrupolesplitting)、電場(chǎng)梯度、確定居里(Curie)溫度、通過(guò)諧振吸收線(xiàn)面積變化確定德拜(Debye)溫度、確定自旋波函數(shù)、超順磁界限。如圖1至圖3所示，使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀，其組成包括:穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元100 ;穆斯堡爾速度變頻器200 ； y射線(xiàn)源300 ;樣品400 ;超導(dǎo)磁體500 ;制冷機(jī)600 ;比例計(jì)數(shù)器700 ;信號(hào)放大器800 ;數(shù)據(jù)獲取模塊900 ;計(jì)算機(jī)1000 ;其中，穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元100從電源部獲得電力供應(yīng)，產(chǎn)生周期性信號(hào)，傳送給穆斯堡爾速度變頻器200 ;穆斯堡爾速度變頻器200以從所述穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元100接收信號(hào)時(shí)刻為初始時(shí)刻，形成一個(gè)鋸齒波，通過(guò)積分電路將所述鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物線(xiàn)波形，并對(duì)所述拋物線(xiàn)波形進(jìn)行放大，以加大拋物線(xiàn)波形并獲得強(qiáng)電流信號(hào)，另外，所述放大信號(hào)傳送到穆斯堡爾速度變頻器200的推進(jìn)線(xiàn)圈后，在垂直作用于所述線(xiàn)圈的磁場(chǎng)作用下，位于線(xiàn)圈中央的銅軸將進(jìn)行周期性的勻加速運(yùn)動(dòng)，但由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的勻加速運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)位于銅軸另一側(cè)的感應(yīng)線(xiàn)圈感應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋處理，抵消不均勻運(yùn)動(dòng)；Y射線(xiàn)源300附著在所述穆斯堡爾速度變頻器200內(nèi)銅軸一端，產(chǎn)生Y射線(xiàn)；樣品(吸收體)400能夠吸收所述Y射線(xiàn)；超導(dǎo)磁體500向所述樣品400導(dǎo)入磁場(chǎng)；制冷機(jī)600將所述樣品400的溫度冷卻到超低溫；比例計(jì)數(shù)器(檢測(cè)器)700通過(guò)諧振吸收對(duì)透過(guò)所述樣品的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；信號(hào)放大器800對(duì)所述比例計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的電信號(hào)(脈沖信號(hào))進(jìn)行放大；數(shù)據(jù)獲取模塊900通過(guò)穆斯堡爾程序?qū)λ鲂盘?hào)放大器800放大的信號(hào)進(jìn)行處理，按通道保存比例計(jì)數(shù)器700的數(shù)據(jù)；計(jì)算機(jī)1000通過(guò)穆斯堡爾數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)所述數(shù)據(jù)獲取模塊900中保存的包含溫度和磁場(chǎng)變化值等參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將穆斯堡爾光譜作為結(jié)果輸出。下面本發(fā)明的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀組成結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。所述穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元(M6ssbauer driving unit) 100從電源部120獲得電力
供應(yīng)，產(chǎn)生周期性信號(hào)，傳送給穆斯堡爾速度變頻器200。所述穆斯堡爾速度變頻器(M6ssbauer velocity transducer) 200以從所述穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元100接收信號(hào)時(shí)刻為初始時(shí)刻，形成一個(gè)鋸齒波，通過(guò)積分電路將所述鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物線(xiàn)波形，并對(duì)所述拋物線(xiàn)波形進(jìn)行放大，獲得強(qiáng)電流信號(hào)，另外，所放大的信號(hào)被傳送到穆斯堡爾速度變頻器200的推進(jìn)線(xiàn)圈后，在垂直作用于所述線(xiàn)圈的磁場(chǎng)作用下，位于線(xiàn)圈中央的銅軸將進(jìn)行周期性的勻加速運(yùn)動(dòng)，但由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的勻加速運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)位于銅軸另一側(cè)的感應(yīng)線(xiàn)圈感應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋處理，抵消不均勻運(yùn)動(dòng)。所述Y射線(xiàn)源(Source) 300附著在所述穆斯堡爾速度變頻器200內(nèi)銅軸一端，產(chǎn)生Y射線(xiàn)。所述樣品(吸收體)(Sample) 400吸收所述Y射線(xiàn)。所述超導(dǎo)磁體(Superconductor magnet) 500從電源510獲得電力供應(yīng)，向所述樣品導(dǎo)入磁場(chǎng)。所述超導(dǎo)磁體500使用了 NbTi超導(dǎo)線(xiàn)材,能夠向樣品導(dǎo)入最大50KG (Ki1Guass)的磁場(chǎng)，為保證超導(dǎo)磁體與外部絕熱，同時(shí)確保通過(guò)大電流時(shí)不產(chǎn)生熱量，使用臨界溫度在70K以上的超導(dǎo)材料制成的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)供給電流。所述制冷機(jī)(Refrigerator) 600將所述樣品400的溫度冷卻到超低溫。使用制冷機(jī)600將所述樣品400的溫度降到超低溫后，通過(guò)樣品管和樣品夾持器28上設(shè)置的加熱器及溫度調(diào)節(jié)器610，能夠在4.2K至325K的溫度范圍內(nèi)對(duì)樣品溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了使所述超導(dǎo)磁體21的溫度維持在6K以下，同時(shí)在4K-300K范圍內(nèi)調(diào)節(jié)樣品溫度，需要用到加熱器(Heater) 12和針閥(Needle valve) 3。通過(guò)氦氣供給閥3-2以一定壓力(< 5Psig)供給氦氣，氦氣將在制冷機(jī)600的第I段17被冷卻到60K，冷卻到60K的氦氣將進(jìn)入制冷機(jī)的第2段19并被冷凝，成為液氦(LHe，4.2K)。冷凝的液氦將轉(zhuǎn)針閥旋鈕3_1旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)供給到樣品夾持器(Sample holder) 28的液氦流量，降低樣品管14的溫度(4.2K)。樣品的溫度可以通過(guò)樣品夾持器28和樣品管14上設(shè)置的加熱器(Heater) 12和針閥旋鈕3_1在4.2K-325K的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述比例計(jì)數(shù)器(檢測(cè)器)700通過(guò)諧振吸收對(duì)透過(guò)所述樣品的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。所述比例計(jì)數(shù)器700從高壓電源110接入直流高壓(1000-2000V)后，y射線(xiàn)進(jìn)入計(jì)數(shù)管，將計(jì)數(shù)管內(nèi)氣體電離，離子數(shù)與Y射線(xiàn)的光子(photon)能量成正比，因此，能夠通過(guò)脈沖電流對(duì)進(jìn)入到計(jì)數(shù)管的Y射線(xiàn)的光子進(jìn)行計(jì)數(shù)。所述信號(hào)放大器800對(duì)所述比例計(jì)數(shù)器700產(chǎn)生的電信號(hào)(脈沖電流)進(jìn)行放大。所述信號(hào)放大器800同時(shí)包含低噪聲前置放大器(Pre-amplifier)和主前置放大器(Pre-amplifier)。
所述數(shù)據(jù)獲取模塊900通過(guò)穆斯堡爾程序?qū)λ鲂盘?hào)放大器放大的信號(hào)進(jìn)行處理，按通道保存比例計(jì)數(shù)器700的數(shù)據(jù)。所述計(jì)算機(jī)1000通過(guò)穆斯堡爾數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)所述數(shù)據(jù)獲取模塊中保存的包含溫度和磁場(chǎng)變化值等參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將穆斯堡爾光譜作為結(jié)果輸出。下面參照?qǐng)D2及圖3所示的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀的結(jié)構(gòu)中，安裝樣品后，在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的功能和相互關(guān)系進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。如圖2及圖3所示，本發(fā)明無(wú)需使用液氦，使用制冷機(jī)I通過(guò)超導(dǎo)磁體21向樣品位置15上設(shè)置的樣品導(dǎo)入最大50KG的外部磁場(chǎng)，而且能夠在4K-300K范圍內(nèi)對(duì)樣品溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，首先，將樣品附著在樣品夾持器28上，通過(guò)樣品入口 24安裝取樣探針26。接著，使真空容器16內(nèi)部保持真空狀態(tài)，啟動(dòng)制冷機(jī)1，制冷機(jī)的第I段17和第2段19的溫度就會(huì)開(kāi)始下降。通過(guò)與第I段17連接的熱傳導(dǎo)線(xiàn)(干司) 5的熱傳導(dǎo)作用，防輻射屏蔽18的溫度將降到60K以下，與第2段19連接的熱傳導(dǎo)線(xiàn)(干司10使超導(dǎo)磁體21的溫度維持在6K以下，確保能夠?qū)胪獠看艌?chǎng)制冷機(jī)I通過(guò)在閉合回路內(nèi)循環(huán)氦氣進(jìn)行降溫，在4.2K溫度下其制冷量為1.5W。制冷機(jī)I采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，為防止振動(dòng)傳到樣品夾持器28、真空容器16、防輻射屏蔽18、超導(dǎo)磁體21、樣品管14，需要采用橡膠空氣彈簧2、超級(jí)波紋管33、熱傳導(dǎo)線(xiàn)
5、熱傳導(dǎo)線(xiàn)10、橡膠阻尼器4、橡膠波紋管23等進(jìn)行減振。高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)9是一種能夠保證超導(dǎo)磁體與外部絕熱，同時(shí)又能保證通過(guò)大電流時(shí)不產(chǎn)生熱量的電流供給線(xiàn)，使用臨界溫度在70K以上的超導(dǎo)材料制成，具體說(shuō)明為，使用了 NbTi超導(dǎo)線(xiàn)材,在9.8K以下將成為超導(dǎo)磁體。通過(guò)安裝恒定開(kāi)關(guān)(Persistent switch),在長(zhǎng)時(shí)間采集數(shù)據(jù)時(shí)，無(wú)需外部電流供給，即可向樣品導(dǎo)入外部磁場(chǎng)。另外，作為保護(hù)裝置，還安裝了急冷保護(hù)(刳^旦直音)二極管。超導(dǎo)磁體21通過(guò)GlO磁體&輻射屏蔽支持器6設(shè)置在真空容器16和防輻射屏蔽18內(nèi)側(cè)，為防止制冷機(jī)第2段19的振動(dòng)傳到磁體，通過(guò)鍍銀的熱傳導(dǎo)線(xiàn)和鍍金的無(wú)氧銅板進(jìn)行熱傳導(dǎo)，使溫度維持在6K以下。真空容器16內(nèi)部安裝了超導(dǎo)磁體21、制冷機(jī)I的第I段17、第2段19、防輻射屏蔽18，其內(nèi)部維持真空狀態(tài)，使真空容器與外部絕熱。防輻射屏蔽18通過(guò)鍍銀的熱傳導(dǎo)線(xiàn)5與制冷機(jī)第I段17連接，阻斷制冷機(jī)I產(chǎn)生的振動(dòng)，同時(shí)使溫度降低到60K以下，從而屏蔽掉從外部(300K)流入到防輻射屏蔽18內(nèi)側(cè)部分，即，4K冷卻部分(2nd stage) 19、超導(dǎo)磁體21的輻射熱的侵入。橡膠波紋管23的作用是防止真空容器16產(chǎn)生的細(xì)微振動(dòng)傳到樣品。安裝在樣品管14的加熱器12和安裝在樣品夾持器28的加熱器12能夠在4K-300K范圍內(nèi)對(duì)樣品溫度進(jìn)行精確(+/-0.01K以下)調(diào)節(jié)。

取樣探針26將樣品置于超導(dǎo)磁體21中間，使樣品位于穆斯堡爾檢測(cè)器20和穆斯堡爾源(召省)13之間最佳位置。樣品的溫度測(cè)量和溫度調(diào)節(jié)通過(guò)10針接頭25實(shí)現(xiàn)。另外，為了維持超導(dǎo)磁體21的溫度在6K以下，同時(shí)在4K-300K范圍內(nèi)調(diào)節(jié)樣品溫度，使用了加熱器(Heater) 12和針閥(Needle valve)3。通過(guò)氦氣供給閥3_2以一定壓力(< SPsig)供給氦氣，氦氣將在制冷機(jī)I的第I段17被冷卻到60K，冷卻到60K的氦氣將進(jìn)入制冷機(jī)I的第2段19并被冷凝，成為液氦(LHe，4.2K)。冷凝的液氦將針閥旋鈕3_1旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)供給到樣品夾持器28的液氦流量，降低樣品管14的溫度(4.2K)。樣品的溫度可以通過(guò)樣品夾持器28和樣品管14上設(shè)置的加熱器12和針閥旋鈕3-1在4.2K-325K的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明并不局限于所述優(yōu)選實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明技術(shù)思想的范疇內(nèi)，具有相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域背景知識(shí)的從業(yè)人員可以進(jìn)行多種修正及變更，這些修正及變更實(shí)施例仍應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求范圍。
權(quán)利要求
1.一種使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀，其特征在于，該穆斯堡爾光譜儀的組成包括:穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元；穆斯堡爾速度變頻器；Y射線(xiàn)源；樣品；超導(dǎo)磁體；制冷機(jī)；比例計(jì)數(shù)器；信號(hào)放大器；數(shù)據(jù)獲取模塊；計(jì)算機(jī)；其中，所述穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元從電源部獲得電力供應(yīng)，產(chǎn)生周期性信號(hào)并傳送給所述穆斯堡爾速度變頻器；所述穆斯堡爾速度變頻器以從所述穆斯堡爾驅(qū)動(dòng)單元接收信號(hào)時(shí)刻為初始時(shí)刻，形成一個(gè)鋸齒波，通過(guò)積分電路將所述鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物線(xiàn)波形，并對(duì)所述拋物線(xiàn)波形進(jìn)行放大，以加大拋物線(xiàn)波形并獲得強(qiáng)電流信號(hào)，另外，所述放大信號(hào)傳送到所述穆斯堡爾速度變頻器的推進(jìn)線(xiàn)圈后，在垂直作用于所述線(xiàn)圈的磁場(chǎng)作用下，位于所述線(xiàn)圈中央的銅軸將進(jìn)行周期性的勻加速運(yùn)動(dòng)，但由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)理想的勻加速運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)位于所述銅軸另一側(cè)的感應(yīng)線(xiàn)圈感應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋處理，抵消不均勻運(yùn)動(dòng)；所述Y射線(xiàn)源附著在所述穆斯堡爾速度變頻器內(nèi)所述銅軸一端，產(chǎn)生Y射線(xiàn)；所述樣品(吸收體)能夠吸收所述Y射線(xiàn)；所述超導(dǎo)磁體向所述樣品導(dǎo)入磁場(chǎng)；所述制冷機(jī)將所述樣品的溫度冷卻到超低溫；所述比例計(jì)數(shù)器(檢測(cè)器)通過(guò)諧振吸收對(duì)透過(guò)所述樣品的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；所述信號(hào)放大器對(duì)所述比例計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的電信號(hào)(脈沖信號(hào))進(jìn)行放大；所述數(shù)據(jù)獲取模塊通過(guò)穆斯堡爾程序?qū)λ鲂盘?hào)放大器放大的信號(hào)進(jìn)行處理，按通道保存所述比例計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)；所述計(jì)算機(jī)通過(guò)穆斯堡爾數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)所述數(shù)據(jù)獲取模塊中保存的包含溫度和磁場(chǎng)變化值等參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將穆斯堡爾光譜作為結(jié)果輸出。
2.權(quán)利要求1所述的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀，其特征在于，所述比例計(jì)數(shù)器從高壓電源接入直流高壓(1000-2000V)后，Y射線(xiàn)進(jìn)入計(jì)數(shù)管，將使所述計(jì)數(shù)管內(nèi)氣體電離，離子數(shù)與Y射線(xiàn)的光子能量成正比，因此，能夠通過(guò)脈沖電流對(duì)進(jìn)入到所述計(jì)數(shù)管的Y射線(xiàn)的光子進(jìn)行計(jì)數(shù)。
3.權(quán)利要求1所述的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀，其特征在于，所述信號(hào)放大器同時(shí)包含低噪聲前置放大器和主前置放大器。
4.權(quán)利要求1所述的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀，其特征在于，所述超導(dǎo)磁體使用了 NbTi超導(dǎo)線(xiàn)材，能夠向樣品導(dǎo)入50KG的磁場(chǎng)，為保證超導(dǎo)磁體與外部絕熱，同時(shí)確保通過(guò)大電流時(shí)不產(chǎn)生熱量，使用臨界溫度在70K以上的超導(dǎo)材料制成的高溫超導(dǎo)導(dǎo)線(xiàn)供給電流。
5.權(quán)利要求1所述的使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀，其特征在于，使用所述制冷機(jī)將所述樣品的溫度降到超低溫后，通過(guò)樣品管和樣品夾持器上設(shè)置的加熱器及溫度調(diào)節(jié)器，能夠在4.2K至325K的溫度范圍內(nèi)對(duì)樣品溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用制冷機(jī)在超低溫下導(dǎo)入磁場(chǎng)的穆斯堡爾光譜儀，具體來(lái)說(shuō)，涉及使用制冷機(jī)從超低溫改變超導(dǎo)磁體及樣品的溫度，同時(shí)導(dǎo)入外部磁場(chǎng)，獲得穆斯堡爾光譜的設(shè)備，該設(shè)備無(wú)需使用液氦，使用制冷機(jī)對(duì)超導(dǎo)磁體進(jìn)行冷卻的同時(shí)導(dǎo)入外部磁場(chǎng)，能夠節(jié)省液氦消耗帶來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用，而且測(cè)試樣品的安裝非常容易，能夠最大程度降低工作人員受到的γ射線(xiàn)輻射，使用非常方便。
文檔編號(hào)G01N21/25GK103163081SQ20111042799
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者金哲圣, 元奉淵 申請(qǐng)人:國(guó)民大學(xué)校產(chǎn)學(xué)協(xié)力團(tuán)