在某些实验中,控制样品的环境很重要。例如,如果样品与空气化学反应,则需要将其保存在真空中。在许多情况下,在材料研究中,我们希望检查样品在特定条件下的表现,例如施加的压力,磁场或温度。为了进行适当的科学研究并观察样本中的任何变化,我们需要准确控制条件。对于需要低温的调查,低温恒温器是一个极好的工具。低温恒温器的名称说什么,冷冻的意思是冷,而统计数据是静态或稳定的,因此它是一台机器,可以使样品在我们定义的特定温度下保持稳定的冷。
其他样品环境通常用于材料科学中,例如,通过将低温恒温器与强大的超导磁体相结合,可以同时控制温度并将磁场应用于样品。有时,将样品插入压力电池中,然后将其加载到低温恒温器中,以同时控制样品的温度和压力。有时,您需要炉子来加热样品而不是冷却样品,有时您需要系统在实验过程中将化学物质喂入样品。中子实验中使用了哪些样品环境取决于您要测量样品的哪些特征。
有许多类型的低温固定系统,每个系统都专门针对所需的温度范围以及给定实验中所需的精度,但是我们不会介绍它们工作方式的技术细节。总体概念就像制冷单元。它具有通过蒸发与需要冷却的样品室热接触的液体来提取热量的系统。低温器通常使用液氦作为冷却剂,以冷却接近绝对零温度。它们被构造为几个浓缩金属圆柱体,用于将冷却剂与样品室和通常充满液氮填充的前冷剂室分开。
用于中子实验的低温固醇具有一些特定的特征。如图所示,它们通常是垂直储罐。样品安装在样品棒上,然后将其从上方降低到低温恒温器样品室中。样品棒需要具有合适的长度,因此样品将到达中子束将击中的样品区。样品区的低温恒温器的材料是铝,由于低的中子几乎完全透明总横截面。使用铝意味着我们不会失去光束强度,并且从低温恒温器中散射最小的事件。我们不能完全忽略与中子的低温恒温器相互作用,因为它会在中子检测器记录的数据中留下指纹,但是有多种方法可以减去这种所谓的背景。