FR2674578A1 - Pompe cryogenique comportant un dispositif de refrigeration du type a accumulation du froid a etages multiples. - Google Patents

Abstract

Pompe cryogénique comportant un réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples, apte à atteindre des températures égales à 4,2degré K ou moins, caractérisée en ce que ledit réfrigérateur comporte une pluralité d'étages thermiques (102, 103, 104), une pluralité de panneaux (105, 106, 107) fixés respectivement auxdits étages thermiques et du charbon actif (108) déposé sur un panneau final faisant partie desdits panneaux.

Description

La présente invention concerne un réfrigérateur du type à accumulation du

froid à étages multiples et un

dispositif de refroidissement utilisant un tel réfrigéra-

teur. La figure 29, annexée à la présente demande, re- présente un réfrigérateur classique à trois étages GM

(Gifford-McMahon) en tant que réfrigérateur du type à accu-

mulation du froid à étages multiples, tel que décrit dans Advances in Cryogenic Engineering, Vol 15, page 428, 1969,

par exemple Ce réfrigérateur inclut un troisième accumula-

teur de froid 1 comportant un élément d'accumulation du

froid constitué par des billes de plomb, un second accumu-

lateur de froid 2 possédant un élément d'accumulation du froid formé de billes de plomb, un premier accumulateur de froid 3 possédant un élément d'accumulation du froid formé d'un treillis de fils de cuivre, un troisième dispositif de déplacement 4, un second dispositif de déplacement 5, un premier dispositif de déplacement 6, un troisième joint d'étanchéité 7 servant à empêcher une fuite du gaz hélium

16 à partir d'une périphérie extérieure du troisième dispo-

sitif de déplacement 4, un second joint d'étanchéité 8 ser-

vant à empêcher une fuite du gaz hélium 16 à partir d'une périphérie extérieure du second dispositif de déplacement , un premier joint d'étanchéité 9 servant à empêcher une fuite du gaz hélium 16 à partir d'une périphérie extérieure du premier dispositif de déplacement 6, un cylindre à trois parties étagées 10, formé à partir d'un tube, une soupape d'introduction il servant à introduire le gaz hélium 16 comprimé par un compresseur d'hélium 13, une soupape

d'évacuation 12 servant à évacuer le gaz hélium 16, un mo-

teur d'entraînement 15, un mécanisme d'entraînement 14 ser-

vant à convertir la rotation du moteur d'entraînement 15 en un déplacement linéaire et actionnant la soupape

d'aspiration 11 et la soupape d'évacuation 12 en synchro-

nisme avec le déplacement linéaire, des troisième, seconde et première chambres d'expansion 17,18 et 19 permettant la détente du gaz hélium 16, un troisième étage thermique 20 servant à transmettre le froid produit dans la troisième chambre d'expansion 17 à un corps devant être refroidi (non représenté), un second étage thermique 21 servant à trans- mettre le froid produit dans la seconde chambre d'expansion 18 au corps, et un premier étage thermique 22 servant à transmettre le froid produit dans la première chambre

d'expansion 19 au corps.

On va décrire ci-après le fonctionnement du ré-

frigérateur indiqué précédemment La figure 30, annexée à la présente demande, représente un diagramme P-V concernant les chambres d'expansion 17 à 19 et sur lequel l'axe des ordonnées représente une pression P régnant dans les

chambres d'expansion 17 à 19 et l'axe des abscisses repré-

sente un volume V des chambres d'expansion 17 à 19 Dans

les conditions telles que représentées par ( 1), les dispo-

sitifs de déplacement 4 à 6 sont disposés dans leurs posi-

tions les plus élevées, et la soupape d'aspiration 11 est

ouverte, tandis que la soupape d'évacuation 12 est fermée.

Par conséquent, la pression régnant dans les chambres d'ex-

pansion 17 à 19 est une haute pression PH Lorsque les

conditions passent de ( 1) à ( 2), les dispositifs de dépla-

cement 4 à 6 sont abaissés et le gaz hélium 16, qui est à une pression élevée, est introduit par l'intermédiaire des accumulateurs de froid 1 à 3, dans les chambres d'expansion 17 à 19 Pendant cette opération, les soupapes 11 et 12

restent fixes Le gaz hélium 16 est refroidi à des tempéra-

tures prédéterminées par les accumulateurs de froid 1 à 3.

Dans les conditions correspondant à ( 2), le volume de chaque chambre d'expansion est maximum et la soupape

d'aspiration Il est fermée, tandis que la soupape d'évacua-

tion 12 est ouverte A cet instant, la pression du gaz hé-

lium 16 dans chaque chambre d'expansion est réduite, ce qui produit du froid, et les conditions passent aux conditions correspondant à ( 3) Lorsque les conditions passent de ( 3) à ( 4), les dispositifs de déplacement 4 à 6 sont soulevés

et le gaz hélium 16 possédant une basse pression est éva-

cué A cet instant, le gaz hélium 16 refroidit les accumu-

lateurs de froid 1 à 3 et la température du gaz hélium 16 augmente Ensuite, le gaz hélium 16 revient au compresseur d'hélium 13 Dans les conditions correspondant à ( 4), le

volume de chaque chambre d'expansion est minimum et la sou-

pape d'évacuation 12 est fermée, tandis que la soupape d'aspiration 11 est ouverte Il en résulte que la pression dans chaque chambre d'expansion augmente, ce qui rétablit

les conditions représentées par ( 1).

Dans le réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples, tel que mentionné précédemment,

le rendement du troisième accumulateur de froid diminue ra-

pidement et on ne peut pas obtenir une température de 6,50 K ou moins étant donné que la chaleur spécifique du plomb constituant l'élément d'accumulation du froid du troisième accumulateur de froid est inférieure pour une température de 10 K ou moins, tandis que la chaleur spécifique du gaz

hélium est élevée.

En outre, la quantité de froid produite devient

inférieure à une quantité de froid indiquée, à une tempéra-

ture de 40 K, en raison d'une variation de la propriété phy-

sique de l'hélium Par conséquent, il se pose un problème de production de chaleur dû à la résistance de glissement

du joint d'étanchéité.

En outre, étant donné que la chaleur spécifique

du troisième étage thermique devient faible à une tempéra-

ture d'environ 40 K, l'oscillation de température dans un

cycle de réfrigération augmente, ce qui entraîne une réduc-

tion du rendement.

Si l'élément d'accumulation du froid dans le ré-

frigérateur classique du type à accumulation du froid à étages multiples est constitué par un alliage ou un composé

contenant un métal des terres rares (lequel alliage ou com-

posé sera désigné ci-après sous le terme de substance for-

mée à partir d'une terre rare), une fine poudre de l'élément d'accumulation du froid est produite sous l'effet des vibrations pendant le fonctionnement et se dépose sur

les parties du joint d'étanchéité, ce qui entraîne une ré-

duction de l'effet d'étanchéité et un accroissement du frottement entre chaque dispositif de déplacement, et le cylindre. C'est pourquoi, un but de la présente invention est de fournir un réfrigérateur du type à accumulation du

froid à étages multiples, qui permet d'améliorer le rende-

ment, la stabilité de température et la fiabilité et puisse

être également utilisé dans différents dispositifs de re-

froidissement.

Conformément à un premier aspect de la présente

invention, il est prévu un réfrigérateur du type à accumu-

lation du froid à étages multiples, comprenant un compres-

seur placé à une température ordinaire et servant à compri-

mer du gaz hélium utilisé comme fluide usuel de fonctionne-

ment, une ou plusieurs chambres d'expansion et un ou plu-

sieurs accumulateurs de froid situés à des niveaux de tem-

pérature différents, caractérisé en ce qu'un élément d'accumulation du froid desdits accumulateurs de froid est formé d'un alliage ou d'un composé contenant un métal des

terres rares.

Selon un second aspect de la présente invention, il est prévu un réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples, comprenant un compresseur placé à

une température ordinaire et servant à comprimer du gaz hé-

lium utilisé comme fluide usuel de fonctionnement, une ou

plusieurs chambres d'expansion et un ou plusieurs accumula-

teurs de froid situés à des niveaux de température diffé-

rents, caractérisé en ce qu'un élément d'accumulation du froid desdits accumulateurs de froid est formé de deux ou de plusieurs types de substances en fonction d'une gamme de températures, dans laquelle une chaleur spécifique élevée est obtenue, et en ce qu'on utilise du Gd Rh pour constituer

l'élément d'accumulation du froid à un niveau de tempéra-

ture élevé, tandis qu'on utilise du Gdo,5 Er 0,5 Rh pour constituer l'élément d'accumulation du froid à un niveau de température faible, et en ce qu'on règle un pourcentage en

poids de Gd Rh égal à 45-65 %.

Selon un troisième aspect de la présente inven-

tion, il est prévu un réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples, comprenant un compresseur placé à une température ordinaire et servant à comprimer du gaz hélium utilisé comme fluide usuel de fonctionnement, une ou plusieurs chambres d'expansion et un ou plusieurs accumulateurs de froid situés à des niveaux de température différents, caractérisé en ce qu'il comporte un joint d'étanchéité destiné à empêcher une fuite dudit gaz hélium,

une quantité de chaleur produite sous l'effet de la résis-

tance de glissement dudit joint d'étanchéité étant réglée à

une valeur inférieure à une quantité de réfrigération théo-

rique produite, devant être obtenue dans l'hypothèse d'une

détente isotherme dans lesdites chambres d'expansion.

Selon un quatrième aspect de la présente inven-

tion, il est prévu un réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples, comprenant un compresseur placé à une température ordinaire et servant à comprimer du gaz hélium utilisé comme fluide usuel de fonctionnement, une ou plusieurs chambres d'expansion et un ou plusieurs accumulateurs de froid situés à des niveaux de température différents, caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre, un joint d'étanchéité destiné à empêcher une fuite dudit gaz hélium, un puits de chaleur installé sur une surface extérieure dudit cylindre dans une position, dans laquelle ledit joint d'étanchéité glisse, ledit puits de chaleur étant formé par un bon conducteur de la chaleur et étant

raccordé thermiquement à un étage thermique à haute tempé-

rature de manière à absorber la production de chaleur due à

la résistance de glissement dudit joint d'étanchéité.

Selon un cinquième aspect de la présente inven-

tion, il est prévu un réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples, comprenant un compresseur placé à une température ordinaire et servant à comprimer du gaz hélium utilisé comme fluide usuel de fonctionnement, une ou plusieurs chambres d'expansion et un ou plusieurs accumulateurs de froid situés à des niveaux de température différents, caractérisé en ce qu'il est prévu un élément d'accumulation du froid formé d'un alliage ou d'un composé contenant un métal des terres rares possédant une chaleur

spécifique élevée dans une gamme de températures correspon-

dant à 100 K ou moins ou en ce qu'un récipient destiné à contenir l'hélium est monté sur l'extrémité d'un cylindre,

d'un étage thermique ou d'un dispositif de déplacement si-

tué dans ladite gamme de températures, de manière à réduire

la variation de température lors d'un cycle de ré-

frigération.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention ressortiront de la description donnée ci-

après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels:

la figure 1 représente une vue en coupe verti-

cale d'une forme de réalisation préférée du réfrigérateur GM à trois étages conforme à la présente invention; la figure 2 est un graphique caractéristique

représentant la variation de la charge spécifique de l'élé-

ment d'accumulation du froid devant être utilisé dans le réfrigérateur, en fonction de la température; la figure 3 est un graphique caractéristique représentant la variation de la température du troisième étage thermique du réfrigérateur en fonction du pourcentage de Gd Rh; la figure 4 est un graphique caractéristique représentant la variation de la quantité de réfrigération théorique produite en fonction de la température; les figures 5 a et 5 c sont des vues en coupe à

plus grande échelle de différents types de la partie for-

mant joint d'étanchéité présente dans le réfrigérateur; la figure 5 b est une vue en coupe prise suivant la ligne A-A sur la figure 5 a; la figure 6 est un graphique caractéristique de la variation de la température du troisième étage thermique

en fonction de la rugosité de la surface intérieure du cy-

lindre; la figure 7 est une illustration schématique

d'un système expérimental de la forme de réalisation préfé-

rée; la figure 8 est un graphique caractéristique représentant la variation de la capacité de réfrigération en fonction de la température; la figure 9 représente une vue en coupe à plus grande échelle des aimants de retenue servant à retenir la fine poudre de l'élément d'accumulation du froid; la figure 10 est une illustration schématique du réfrigérateur GM à trois étages devant être utilisé dans la présente invention; la figure il est un graphique caractéristique représentant la variation de la capacité de réfrigération du réfrigérateur représenté sur la figure 10 en fonction de la température; la figure 12 est une illustration schématique d'une forme de réalisation préférée d'une pompe cryogénique conforme à la présente invention; la figure 13 est une vue semblable à la figure 12, montrant une autre forme de réalisation préférée de la pompe cryogénique; la figure 14 est une vue en coupe d'une forme de réalisation préférée d'un dispositif de refroidissement pour aimant supraconducteur conforme à la présente invention;

les figures 15,16 et 17 sont des vues sem-

blables à celle de la figure 14, montrant différentes modi-

fications du dispositif de refroidissement pour aimant su-

pr-aconducteur, la figure 18 est une vue en coupe d'une forme de réalisation préférée d'un dispositif de refroidissement de SQUID conforme à la présente invention; les figures 19 et 20 sont des vues semblables à

la figure 18, montrant différentes modifications du dispo-

sitif de refroidissement de SQUID; la figure 21 est une vue en coupe d'une forme de réalisation préférée du dispositif de refroidissement

pour ordinateur supraconducteur conforme à la présente inven-

tion; les figures 22 à 25 sont des vues semblables à

la figure 21, montrant différentes modifications du dispo-

sitif de refroidissement pour ordinateur supraconducteur; la figure 26 est une vue en coupe d'une forme de réalisation préférée d'un dispositif de refroidissement de lunette à infrarouge, conforme à la présente invention; les figures 27 et 28 sont des vues semblables à

la figure 26, montrant différentes modifications du dispo-

sitif de refroidissement de lunette à infrarouge; la figure 29, dont il a déjà été fait mention, montre une vue en coupe verticale du réfrigérateur GM à trois étages de l'art antérieur; et la figure 30, dont il a déjà été fait mention,

représente un diagramme P-V d'un cycle de réfrigération in-

tervenant dans le réfrigérateur représenté sur la figure 29. En se référant à la figure 1, le réfrigérateur à

trois étages à cycle Gifford-McMahon (qui sera désigné ci-

après sous le terme de réfrigérateur GM) comprend une sec-

tion à basse température 1 d'un troisième accumulateur de

froid, une section à haute température 23 du troisième ac-

cumulateur de froid, un puits de chaleur 24 installé sur la surface extérieure d'un cylindre 10 dans une partie dans laquelle glisse un joint d'étanchéité, un élément interne 25 d'accumulation du froid, produisant un chauffage uni-

forme et installé sur une extrémité d'un troisième disposi-

tif de déplacement 4, un élément extérieur 26 d'accumulation du froid, produisant un chauffage uniforme et monté sur un troisième étage thermique 20, et un aimant

de retenue 27.

En référence aux figures 5 A et 5 C, le chiffre de référence 28 désigne une bague de serrage d'un segment de piston 7 a, constituant une forme de réalisation préférée

d'un troisième joint d'étanchéité 7, et le chiffre de réfé-

rence 7 b désigne un joint d'étanchéité à labyrinthe consti-

tuant une autre forme de réalisation préférée du troisième

joint d'étanchéité 7.

En se référant à la figure 7, le système expéri-

mental comporte une enceinte à vide 29 servant à réaliser une isolation thermique, une canalisation 30 pour l'hélium,

une bouteille d'hélium 31, un détendeur 32 servant à ré-

duire la pression du gaz hélium délivré par la bouteille d'hélium 31, un manomètre 33, un dispositif de chauffage 34 monté sur la cuve à hélium et utilisé en tant qu'élément extérieur d'accumulation du froid réalisant un chauffage uniforme, de l'hélium liquide 35, un capteur de température 36 et un bouclier 37 de protection contre le rayonnement thermique.

En référence à la figure 9, les chiffres de ré-

férence 38,39 et 40 désignent respectivement une fine poudre de l'élément d'accumulation du froid, un aimant de retenue prévu à la sortie de l'accumulateur de froid, et un élément de retenue prévu au centre de l'accumulateur

de froid.

Dans le réfrigérateur du type à accumulation du

froid à étages multiples, possédant la constitution indi-

quée précédemment, l'élément d'accumulation du froid de la

section à basse température 1 et de la section à haute tem-

pérature 23 du troisième accumulateur de froid est consti-

tué par une substance formée à partir d'une terre rare et

possédant une chaleur spécifique élevée à une basse tempé-

rature égale à 100 K ou moins, ce qui améliore le rendement

de l'accumulateur de froid La figure 2 représente les cha-

leurs spécifiques par volume unité de plomb, de substances formées à partir de terres rares (par exemple Gd Rh et

Gdo,5 Ero,5 Rh) et de l'hélium à une pression de 2 106 Pa.

Dans le réfrigérateur représenté sur la figure 1, le gaz hélium comprimé à une pression d'environ 2 106 Pa par exemple est refroidi à 40 'K dans un premier accumulateur de

froid 3, puis est refroidi à 110 K dans un second accumula-

teur de froid 2 et est refroidi de façon supplémentaire

dans le troisième accumulateur de froid 1, pour être intro-

duit dans une troisième chambre d'expansion 17 Si on uti-

lise du plomb comme élément d'accumulation du froid du troisième accumulateur de froid 1, le gaz hélium n'est pas suffisamment refroidi étant donné que la chaleur spécifique du plomb est inférieure à celle du gaz hélium comme cela ressort à l'évidence sur la figure 2 Par conséquent, la

température dans la troisième chambre d'expansion 17 aug-

mente, ce qui entraîne une perte Au contraire, si on uti-

lise du Gd Rh pour le troisième élément d'accumulation du froid, on peut réduire la perte ce qui permet d'abaisser la

température pouvant être obtenue, étant donné que la cha-

leur spécifique du Gd Rh est supérieure à celle du plomb,

comme cela ressort à l'évidence sur la figure 2.

Un essai comparatif exécuté en utilisant du plomb

et du Gd Rh pour l'élément d'accumulation du froid du troi-

sième accumulateur de froid 1 montre que la température pouvant être atteinte dans le cas du plomb était égale à 6,50 K tandis que dans le cas du Gd Rh, elle était égale à il ,50 K Comme cela ressort à l'évidence de la figure 2, la chaleur spécifique du Gd Rh est relativement élevée dans la

gamme allant de 200 K à 7,50 K, tandis que la chaleur spéci-

fique du Gdo,5 Ero,5 Rh est relativement élevée dans la gamme correspondant à 7,50 K ou moins Par conséquent, on peut améliorer plus encore le rendement en utilisant du Gd Rh

pour la section à haute température 23 du troisième accumu-

lateur de froid en utilisant du Gdo,5 Ero,5 Rh pour la sec-

tion à basse température 1 du troisième accumulateur de

froid La figure 3 représente la variation de la tempéra-

ture pouvant être obtenue en fonction du rapport entre Gdo,5 Ero,5 Rh et Gd Rh Comme cela ressort à l'évidence sur la figure 3, la température pouvant être obtenue peut être abaissée lorsqu'on règle le pourcentage en poids de Gd Rh à 45-65 % La figure 4 montre la variation de la quantité de réfrigération obtenue en fonction de la température, en supposant une variation isotherme La gamme des pressions s'étend de 2 106 Pa pour la haute pression à 6 105 Pa pour la basse pression On obtient une valeur sans dimensions en

divisant la quantité de réfrigération obtenue par la quan-

tité de réfrigération indiquée Si la température est éle-

vée, le gaz hélium 16 est considéré comme un gaz idéal et la quantité de réfrigération obtenue, en tant que grandeur sans dimensions, est sensiblement égale à 1 Cependant, comme cela ressort à l'évidence de la figure 4, la quantité de réfrigération produite diminue brusquement dans la zone de température correspondant à 70 K ou moins Ce point n'a pas été élucidé dans le réfrigérateur classique du type à accumulation du froid à étages multiples, ce qui pose le problème de la production de chaleur due à la résistance de glissement du troisième joint d'étanchéité 7, soumis à une

pression élevée.

Les figures 5 A et 5 B représentent une structure

du troisième joint d'étanchéité 7 a du type segment de pis-

ton Le segment de piston 7 a est repoussé radialement vers

l'extérieur par la bague de serrage 28, ce qui met en con-

tact intime avec une surface circonférentielle extérieure du segment de piston 7 a avec une surface circonférentielle

intérieure du cylindre 10 et empêche le passage du gaz hé-

lium 16 Plus la force élastique de la bague de serrage 28 est élevée, plus les deux surfaces circonférentielles sont

en contact intime, ce qui améliore la qualité d'étanchéité.

Cependant, lorsque la pression du segment de piston 7 a aug-

mente, la résistance de glissement du joint d'étanchéité augmente, ce qui entraîne un accroissement de la production

de chaleur Habituellement, étant donné que l'on considé-

rait que la quantité de réfrigération produite était égale à la quantité de réfrigération indiquée, la pression de la

bague de serrage 28 était excessive Au contraire, confor-

mément à la présente invention, on calcule la quantité de

réfrigération obtenue de manière à choisir la force élas-

tique de la bague de serrage 28 de manière à réduire la fuite du gaz hélium et à obtenir la réfrigération Par exemple, lorsqu'on réglait la résistance de glissement à 4 % de la quantité de réfrigération indiquée, on obtenait une meilleure capacité d'étanchéification D'autre part, la quantité de la fuite de gaz hélium dépend de la rugosité de la surface circonférentielle intérieure du cylindre 10 La figure 6 représente une relation entre la rugosité de la surface intérieure du cylindre 10 et la température, qui

peut être atteinte, dans le troisième étage thermique 20.

Lorsque la rugosité de la surface intérieure du cylindre 10 était réglée à 0,5 pm en valeur efficace, la température pouvant être atteinte était égale à 3,680 K. La figure 5 C représente une forme de réalisation préférée, dans laquelle le troisième joint d'étanchéité 7 b est du type à labyrinthe On règle l'espace formant jeu entre la surface circonférentielle extérieure du joint à labyrinthe 7 b et la surface circonférentielle intérieure du

cylindre 10, à une valeur très faible de manière à augmen-

ter ainsi la résistance de passage du gaz hélium 16 dans

cet espace et réduire la quantité du gaz hélium 16 traver-

sant cet espace En outre, étant donné que la résistance de

glissement du joint à labyrinthe 7 b est faible, il est pos-

sible de réduire la production de chaleur.

L'élément interne 25 d'accumulation du froid, re-

présenté sur la figure 1, qui s'échauffe de façon uniforme, est constitué par une substance formée à partir d'une terre rare, par exemple du Er Rh et du Er Ni 2 possédant une chaleur spécifique élevée aux très basses températures, de manière

à accroître la capacité de chaleur de la section de produc-

tion du froid Ceci permet de réduire la variation de la température pendant un cycle de réfrigération et

d'améliorer le rendement.

L'élément extérieur 26 d'accumulation du froid, qui produit un échauffement uniforme, fournit également le

même effet que celui indiqué précédemment L'élément exté-

rieur 26 d'accumulation du froid, qui réalise un échauffe-

ment uniforme, peut s'étendre à partir d'une cuve à hélium au lieu d'être constitué par la substance formée à partir

d'une terre rare, comme mentionné précédemment.

La figure 7 montre une illustration schématique

d'un système expérimental construit en vue d'obtenir l'ef-

fet, mentionné précédemment, de la présente invention Une section à basse température du réfrigérateur est logée dans l'enceinte à vide 29 en étant thermiquement isolée, sous vide Le bouclier 37 de protection contre le rayonnement thermique sert à réduire la pénétration de chaleur d'un

rayonnement thermique dans la section à basse température.

Le gaz hélium situé dans la bouteille d'hélium 31 est placé

à une pression réduite égale environ à la pression atmo-

sphérique au moyen d'un détendeur 32 et est introduite par l'intermédiaire de la canalisation à hélium 30 dans la cuve à hélium 26 Le dispositif de chauffage 34 sert à chauffer

le troisième étage thermique 20, et le capteur de tempéra-

ture 36 sert à détecter la température du troisième étage thermique 20 Sur la base de l'essai effectué en utilisant

le système expérimental mentionné précédemment, les inven-

teurs ont pu, pour la première fois dans le monde, liqué-

fier le gaz hélium uniquement en utilisant le réfrigérateur GM La figure 8 représente la capacité de réfrigération de ce réfrigérateur Comme cela ressort à l'évidence sur la figure 8, la température pouvant être atteinte est égale à 3,58 K, cette température étant nettement inférieure à une température habituellement enregistrée de 6,5 K. D'une manière générale, la substance formée à

partir d'une terre rare est cassante et, lorsqu'on l'utili-

se pendant un long intervalle de temps, on obtient la poudre fine 38 de l'élément d'accumulation du froid tel que

représenté sur la figure 9, et la fine poudre 38 est refou-

lée dans la troisième chambre d'expansion 17 de manière à se déposer uniquement sur la partie formant joint

d'étanchéité, ce qui entraîne un accroissement de la fuite.

La substance formée à partir d'une terre rare, qui doit être utilisée pour l'élément d'accumulation du froid, est à peu près constituée avec unmatériau ferromagnétique dans une gamme de températures utilisables Conformément à la présente invention, l'aimant de retenue 27 est prévu pour absorber la fine poudre 38 rendue ferromagnétique, de sorte que la partie formant joint d'étanchéité n'est pas affectée par cette poudre L'aimant de retenue 39 est prévu sur la sortie du troisième accumulateur de froid 1, ce qui empêche l'expulsion de la poudre fine 38 De façon similaire,

l'aimant de retenue 40 est prévu au centre du troisième ac-

cumulateur de froid 1, ce qui empêche l'expulsion de la

fine poudre 38.

* La figure 10 est une illustration schématique d'un réfrigérateur GM à trois étages utilisant la présente

invention, et la figure 11 représente une capacité de ré-

frigération de ce réfrigérateur Comme cela ressort à l'évidence de la figure 11, il est possible d'obtenir des températures inférieures à 4,20 K, ce qui correspond au point d'ébullition de l'hélium En se référant à la figure

, les chiffres de référence 50 et 51 désignent respecti-

vement le réfrigérateur GM à trois étages et un compres- seur, et les chiffres de référence 52,53 et 54 désignent respectivement des premier, second et troisième étages thermiques.

Bien que la forme de réalisation préférée men-

tionnée précédemment soit appliquée à un réfrigérateur GM à trois étages, la présente invention peut être appliquée à un réfrigérateur GM à deux étages ou à quatre étages ou un plus grand nombre d'étages, qui est à même de fournir un

effet semblable En outre, la présente invention peut natu-

rellement être appliquée à n'importe quel autre réf rigéra-

teur utilisant le cycle Solvay, le cycle Solvay perfec-

tionné, le cycle Vilmier, le cycle Stirling, etc. En résumé, la présente invention permet d'obtenir les différents effets suivants:

( 1) Lorsque l'élément d'accumulation du froid de l'accumu-

lateur de froid est constitué par une substance formée à

partir d'une terre rare, il est possible d'obtenir un ren-

dement élevé du réfrigérateur dans une gamme de très basses températures. ( 2) Lorsque la quantité de chaleur produite sous l'effet de

la résistance de glissement du joint d'étanchéité est ré-

glée de manière à être inférieure à la quantité de réfrigé-

ration théorique produite, il est possible d'améliorer la

capacité de réfrigération.

( 3) Lorsque le puits de chaleur est installé sur la surface extérieure de la partie glissante du joint d'étanchéité du

cylindre et il est raccordé thermiquement à l'étage ther-

mique à haute température, la chaleur produite sous l'effet de la résistance de glissement du joint d'étanchéité peut

être absorbée, ce qui améliore la capacité de réfrigéra-

tion. ( 4) Lorsque le troisième étage thermique est installé à l'extrémité du dispositif de déplacement et que l'élément

d'accumulation du froid, qui produit un échauffement uni-

forme, est monté sur l'extrémité du cylindre, l'oscillation de température peut être réduite et le rendement peut être amélioré. ( 5) Lorsque l'aimant de retenue servant à absorber une fine poudre de l'élément d'accumulation du froid est monté sur le dispositif de déplacement, il est possible d'empêcher que la fine poudre n'affecte la partie formant joint d'étanchéité ou analogue, ce qui améliore la fiabilité de

fonctionnement pendant un long intervalle de temps.

En se référant maintenant à la figure 12, qui re-

présente une forme de réalisation préférée d'une pompe

cryogénique utilisant le réfrigérateur du type à accumula-

tion du froid à plusieurs étages, conforme à la présente invention, la référence 101 désigne un réfrigérateur GM à trois étages possédant une capacité de réfrigération telle que la température, que l'on peut atteindre, est égale à 4,20 K ou moins Un élément d'accumulation du froid d'un troisième accumulateur de froid dans ce réfrigérateur est formé par du Gd Rh et du Gdo,5 Ero,5 Rh Le réfrigérateur 101 inclut un premier étage thermique 102, un second étage thermique 103, un troisième étage thermique 104, un premier panneau 105 fixé au premier étage thermique 102, un second

panneau 106 fixé au second étage thermique 103, un troi-

sième panneau 107 fixé au troisième étage thermique 104, du charbon actif 108 déposé sur le troisième panneau 107 et

une enceinte à vide 109.

Le premier panneau 105, le second panneau 106 et le troisième panneau 107 sont refroidis respectivement par le premier étage thermique 102, le second étage thermique 103 et le troisième étage thermique 104 Le premier étage

thermique 102 fonctionne à des températures égales à envi-

ron 50 K, de manière à refroidir le premier panneau 105 agissant en tant que bouclier de protection contre le

rayonnement thermique, envoyé au second panneau 106.

Lorsque de la vapeur rencontre la pompe cryogénique, elle est gelée sur le premier panneau 105 Le second étage ther- mique 103 fonctionne à des températures égales à environ K en refroidissant le second panneau 106 fournissant une protection vis-à-vis du rayonnement envoyé au troisième panneau 107 L'azote, l'oxygène et l'argon sont gelés sur le second panneau 106 Le troisième étage thermique 104

fonctionne à des températures égales à environ 40 K pour re-

froidir le panneau 107, sur lequel du Ne et du H 2 sont ge-

lés Le charbon actif 108 déposé sur la surface intérieure du troisième panneau 107 sert à absorber le He, qui n'est pas gelé à des températures égales à environ 4 K.

La figure 13 montre une autre forme de réalisa-

tion préférée de la pompe cryogénique telle que mentionnée précédemment, les mêmes chiffres de référence que ceux de

la figure 12 désignant des éléments identiques ou corres-

pondants Dans cette forme de réalisation préférée, le charbon actif 108 est déposé sur le second panneau 106 et sur le troisième panneau 107, ce qui permet de réduire la

charge de fonctionnement du charbon actif 108 sur le troi-

sième panneau 107.

Comme cela a été mentionné précédemment, la pompe

cryogénique conforme à la présente invention utilise un ré-

frigérateur du type à accumulation du froid à étages mul-

tiples, comportant plusieurs étages thermiques et permet-

tant d'atteindre une température de 4,20 K ou moins C'est pourquoi, le H 2 et le Ne peuvent être gelés même en

l'absence du charbon actif, et on peut accroître la quan-

tité absorbée par le charbon actif en réduisant la tempéra-

ture de ce dernier.

Les figures 14 à 17 représentent certaines formes de réalisation préférées d'un dispositif de refroidissement pour aimant supraconducteur, utilisant le réfrigérateur

conforme à la présente invention, les mêmes chiffres de ré-

férence sur l'ensemble des dessins désignant les mêmes élé-

ments ou des éléments correspondants.

En se référant tout d'abord à la figure 14, le dispositif de refroidissement comporte une enceinte à vide 201 prévue pour un aimant supraconducteur 205, un premier bouclier 202 de protection contre le rayonnement thermique, un second bouclier 203 de protection contre le rayonnement thermique, une cuve à hélium 204 destinée à loger l'aimant

supraconducteur 205, de l'hélium liquide 206 servant à re-

froidir l'aimant supraconducteur 205, un gaz 207 obtenu par

vaporisation de l'hélium liquide 206, des gouttes de li-

quide 208 produites par un nouveau refroidissement du gaz à l'état de vapeur 207, un dispositif de support 209 servant à supporter la cuve à hélium 204 de manière qu'elle soit isolée thermiquement par rapport à l'enceinte à vide 201, un orifice 210 Dlacé en communication avec la cuve à hélium 204, une section à vide 215 servant à établir une isolation thermique, un isolateur thermique 214 à couches multiples prévu pour réaliser l'isolation thermique, un réfrigérateur GM à trois étages 220, des vis de fixation 230 servant à raccorder le premier bouclier 202 de protection contre le

rayonnement thermique à un premier étage thermique du ré-

frigérateur GM à trois étages 220, des vis de fixation 231 servant à raccorder le second bouclier 203 de protection contre le rayonnement thermique à un second étage thermique du réfrigérateur GM 220, des vis de fixation 232 servant à

raccorder la cuve à hélium 204 à un troisième étage ther-

nique du réfrigérateur GM 220, des boulons 229 servant à raccorder le réfrigérateur GM 220 à l'enceinte à vide 201,

une garniture d'étanchéité 228 servant à établir une étan-

chéité au vide, un compresseur 221 servant à comprimer le gaz hélium, un tuyau à haute pression 222 servant à envoyer le gaz hélium comprimé à haute pression au réfrigérateur GM 220, et un tuyau à basse pression 223 servant à renvoyer le gaz hélium à basse pression détendu dans le réfrigérateur

GM 220, au compresseur 221.

Le troisième étage thermique du réfrigérateur GM 220 à trois étages est fixé à la cuve à hélium 204 au moyen des vis de fixation 232 de manière à fournir une résistance thermique aussi faible que possible Le froid produit par le troisième étage thermique est transmis par une cloison de séparation de la cuve à hélium 204 au gaz à l'état de vapeur présent dans cette cuve, de manière à liquéfier à

nouveau ce gaz à l'état de vapeur.

Le premier étage thermique et le second étage

thermique du réfrigérateur GM 220 sont montés respective-

ment sur le premier bouclier 202 de protection contre le

rayonnement thermique et sur le second bouclier 203 de pro-

tection contre le rayonnement thermique, de manière à re-

froidir les boucliers 202 et 203 à des températures égales respectivement à environ 800 K et à environ 200 K. Bien que le froid produit par le troisième étage thermique soit transmis, par l'intermédiaire de la cloison de séparation de la cuve à hélium 204, au gaz à l'état de vapeur, dans la forme de réalisation préférée, le troisième étage thermique peut s'ouvrir dans la cuve à hélium 204,

comme représenté sur la figure 15 Dans ce cas, une garni-

ture d'étanchéité 236 servant à réaliser une étanchéité au

vide est nécessaire.

La figure 16 représente une modification de la forme de réalisation préférée indiquée précédemment, dans laquelle un orifice 240 servant à insérer le réfrigérateur GM 220 est prévu Le gaz à l'état de vapeur est liquéfié

dans le troisième étage thermique et les boucliers de pro-

tection contre le rayonnement thermique sont refroidis par le premier étage thermique et par le second étage thermique

par l'intermédiaire d'une cloison de séparation de l'orifi-

ce 240 Sinon, comme représenté sur la figure 7, l'orifice 240 peut être agencé avec une structure à parties étagées multiples, ce qui permet d'améliorer le contact thermique entre les étages thermiques et les boucliers de protection

contre le rayonnement thermique.

Bien que les formes de réalisation préférées men-

tionnées précédemment soient appliquées à un aimant supra-

conducteur utilisé pour la technique dite MRI (comme cela est décrit dans le lst Cryogenic Engineering Summer Seminar Text ( 1988), page 14, publié par l'association Cryogénic Engineering et dans le 34th Cryogenic Engineering Seminar

Text ( 1985), page 88, publié par la société Cryogenic Engi-

neering), un dispositif de liquéfaction de l'hélium com-

porte un échangeur de chaleur et une valve de Joule-Thom-

son C'est pourquoi, un tel dispositif de refroidissement possède une structure complexe et un coût élevé En outre, sa performance est susceptible de se détériorer, ce qui

conduit à une fiabilité réduite.

Au contraire, conformément à la présente inven-

tion, le réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples, apte à fournir des températures de 4,2 "K ou moins, est combiné à un aimant supraconducteur, ce qui permet de liquéfier à nouveau le gaz hélium vaporisé et de refroidir simultanément les boucliers de protection contre le rayonnement thermique Par conséquent, la structure du dispositif de refroidissement selon la présente invention peut être simplifié à un coût réduit, et la fiabilité peut

être améliorée.

Les figures 18 à 20 représentent certaines formes de réalisation préférées d'un dispositif de refroidissement

SQUID utilisant le réfrigérateur conforme à la présente in-

vention, les mêmes chiffres de référence sur l'ensemble des

dessins désignant des éléments identiques ou correspon-

dants. En se référant tout d'abord à la figure 18, le dispositif de refroidissement inclut un réfrigérateur 301

apte à liquéfier l'hélium, conforme à la présente inven-

tion, une enceinte à vide 302 réalisée en un matériau ama-

gnétique tel que le matériau connu sous le sigle GFRP, et un second bouclier thermique 306 monté sur un second étage thermique 305, un troisième étage thermique 307, un conden- sateur d'hélium 308 raccordé thermiquement au troisième étage thermique 307 pour condenser l'hélium 310, un conduit de chaleur 309 utilisé pour faire circuler le liquide et la vapeur de l'hélium 310, un dispositif SQUID 311 monté sur

une extrémité du conduit de chaleur 309, un bouclier ther-

mique 312 réalisé en un matériau amagnétique, comme par exemple de l'alumine, afin de transmettre parfaitement un

signal extérieur au dispositif SQUID 311, un troisième cy-

lindre 315 et un supraconducteur à haute température 316 (par exemple des composés d'yttrium) déposé sur la surface extérieure des cylindres 313,314 et 315, sur les étages thermiques 303,305 et 307 et sur les blindages thermiques

304 et 306.

Lorsque le réfrigérateur 301 fonctionne, le pre-

mier étage thermique 303 est refroidi à une température d'environ 40 K et le premier bouclier thermique 304 est également refroidi à environ 400 K En outre le second étage

thermique 305 est refroidi à environ 11 K et le second bou-

clier thermique 306 est également refroidi à environ 11 K. Lorsque le troisième étage thermique 307 est refroidi à une température permettant la liquéfaction de l'hélium 310, ce dernier commence à se liquéfier dans le condenseur d'hélium 308, et l'hélium 310 liquéfié descend par gravité dans le

conduit de chaleur amagnétique 309 Par conséquent, l'hé-

lium liquéfié 310 est collecté à l'extrémité du conduit de chaleur 309 et refroidit le dispositif SQUID 311 Dans ces

conditions, le supraconducteur à haute température 316 de-

vient supraconducteur et entièrement diamagnétique, ce qui élimine complètement le bruit magnétique produit dans le réfrigérateur En outre, la pénétration de la chaleur par

rayonnement en direction du conduit de chaleur 309 est ré-

duite par le premier bouclier thermique 304, par le second

bouclier thermique 306 et par le bouclier thermique amagné-

tique 312 Par conséquent, le conduit de chaleur 309 peut être utilisé pendant une très longue durée de vie Etant donné que l'enceinte à vide 302 et le bouclier thermique 312 sont constitués par des matériaux amagnétiques, on peut mesurer un faible champ magnétique à l'aide du dispositif

SQUID 311.

Bien que, dans la forme de réalisation préférée indiquée précédemment, on utilise un seul dispositif SQUID,

on peut appliquer la présente invention à un système utili-

sant deux ou un plus grand nombre de dispositifs SQUID.

Dans le cas de l'utilisation d'un dispositif SQUID pouvant fonctionner à des températures élevées (par exemple 20 K), l'hélium 310 peut être remplacé par de l'hydrogène ou du néon En outre, on peut remplacer le supraconducteur à

haute température 316 par le supraconducteur classique.

La figure 19 représente une modification de la forme de réalisation préférée indiquée précédemment, dans laquelle le conduit de chaleur 309 n'est pas utilisé, mais les dispositifs SQUID 311 sont montés directement sur le condenseur d'hélium 308 et sur le troisième étage thermique 307. La figure 20 représente une autre modification des formes de réalisation préférées indiquées précédemment, dans laquelle le condenseur d'hélium 308 est raccordé, par l'intermédiaire d'une canalisation de commande de pression

323, à un dispositif extérieur 322 de commande de la pres-

sion, de manière à commander la pression dans le condenseur d'hélium 308, ce qui améliore plus encore la stabilité de

la température.

Dans le dispositif classique de refroidissement

pour le dispositif SQUID, comme indiqué dans le 37th Cryo-

genic Engineering Seminar Text, page 165, par exemple, le dispositif SQUID est refroidi par le froid envoyé depuis le

réfrigérateur par l'intermédiaire d'une canalisation de re-

froidissement, ce qui permet d'éliminer le bruit magnétique

produit par le réfrigérateur Cependant, un tel système re-

quiert un compresseur et un échangeur de chaleur, ce qui fournit une structure complexe, et il existe le risque que la canalisation de refroidissement s'engorge ou analogue, en entraînant une réduction de la fiabilité En outre, la

température de refroidissement est affectée par la tempéra-

ture d'un étage et la quantité d'écoulement d'hélium, ce qui entraîne un fonctionnement instable du dispositif

SQUID.

Au contraire, les dispositifs de refroidissement

représentés sur les figures 18 à 20 peuvent éliminer com-

plètement le bruit magnétique produit par le réfrigérateur, au moyen du supraconducteur à haute température En outre, dans le cas de l'utilisation d'un conduit de chaleur pour le refroidissement du dispositif SQUID, on peut avoir une plus grande liberté de montage du dispositif SQUID et la

température de refroidissement peut devenir stable.

Les figures 21 à 25 représentent la même forme de réalisation préférée d'un dispositif de refroidissementpour ordinateur supraconducteur utilisant le réfrigérateur

conforme à la présente invention, les mêmes chiffres de ré-

férence sur l'ensemble des dessins désignant des éléments

identiques ou correspondants.

En se référant tout d'abord à la figure 21, le dispositif de refroidissement inclut un moteur et une valve 401 du réfrigérateur GM, un premier cylindre 402, un second cylindre 403, une interface 404 de liaison à l'ordinateur

supraconducteur, une vanne d'arrêt 405, un câble d'en-

trée/sortie 406, une carte à circuits de logique et de mé-

moire 407, formée par un supraconducteur, un bouclier ma-

gnétique supraconducteur 408 servant à protéger la carte à circuits de logique et de mémoire 407 vis-à-vis d'un champ

magnétique, un bain d'hélium liquide 409 contenant de l'hé-

lium liquide servant à refroidir la carte à circuits de lo-

gique et de mémoire 407, ce bain servant également de réci-

pient de sortie pour le câble d'entrée/sortie 406, un pre-

mier étage thermique 410 du réfrigérateur GM, un second

étage thermique 411, un troisième étage thermique 412 ser-

vant à obtenir une température apte à liquéfier l'hélium, du gaz hélium 407 devant être envoyé au réfrigérateur GM, un gaz de renvoi 417 délivré par le réfrigérateur GM, un troisième cylindre 418 du réfrigérateur GM, qui comporte un élément d'accumulation du froid formé par du Gd Rh et du Gdo,5 Ero,5 Rh, une enceinte à vide 423 et un bouclier 425 de protection contre le rayonnement, disposé dans l'enceinte à

vide 423.

Le bain d'hélium liquide 409 est raccordé thermi-

quement au premier étage thermique 410 et au second étage

thermique 411 du réfrigérateur GM Le premier étage ther-

mique 410 est refroidi à environ 500 C et le second étage thermique 411 est refroidi alors à 10-150 K En outre, le troisième étage thermique 412 est refroidi à environ 4,2 K, ce qui permet de condenser le gaz hélium L'hélium liquide situé dans le bain d'hélium 409 est partiellement vaporisé par la chaleur produite par la carte à circuits de logique et de mémoire 407 de l'ordinateur supraconducteur par la pénétration de chaleur dans le bain d'hélium 409 Ensuite, le gaz hélium vaporisé est refroidi et condensé par le

troisième étage thermique 412 et tombe dans le bain d'hé-

lium 409.

Dans le dispositif de refroidissement classique pour ordinateurs supraconducteurs tel que mentionné dans NBS SPECIAL PUBLICATION 607, pages 93-102 par exemple, on

utilise une boucle JT Au contraire, le dispositif de re-

froidissement de la forme de réalisation préférée mention-

née précédemment ne nécessite pas l'utilisation d'une telle boucle JT ce qui permet d'avoir une structure simple et compacte En outre, cette forme de réalisation est aisée à manipuler et sa fiabilité et sa durée de vie utile sont améliorées. La figure 22 représente une modification de la forme de réalisation préférée mentionnée précédemment, dans laquelle un réservoir d'hélium 419 contenant de l'hélium est monté sur le troisième étage thermique 412 Etant donné que la chaleur spécifique de l'hélium à des températures proches de la température de liquéfaction de l'hélium prend

une valeur élevée, le réservoir d'hélium 419 sert à stabi-

liser la température du troisième étage thermique 412.

La figure 23 représente une autre modification de la forme de réalisation préférée indiquée précédemment, dans laquelle des parties du bain d'hélium liquide 409

entre les premier et second étages thermiques entre les se-

cond et troisième étages thermiques sont raccordées entre elles par l'intermédiaire d'isolants thermiques 421 comme par exemple du GFRP, ce qui empêche la pénétration de la

chaleur par conduction à partir de l'extérieur, à une tem-

pérature usuelle.

La figure 24 représente une autre modification de la forme de réalisation préférée mentionnée précédemment,

dans le cas o une plaque 424 formant bouclier de protec-

tion contre le rayonnement, réalisé par exemple en cuivre, est montée sur le bain d'hélium liquide 409, de manière à

empêcher l'apparition d'une chaleur par rayonnement.

La figure 25 représente une autre modification de la forme de réalisation préférée indiquée précédemment, dans laquelle un réservoir d'hélium 419 contenant de l'hélium est montée sur le troisième étage thermique 412, et un substrat 420 utilisé pour le montage de la carte à

circuits de logique et de mémoire 407 est monté sur le ré-

servoir d'hélium 419 Il est prévu un logement 426 de sor-

tie pour le câble d'entrée/sortie 406, utilisé pour la sor-

tie de ce câble, qui est raccordé à la carte 407 Le sub-

strat 420 est refroidi à la température de liquéfaction de l'hélium, par conduction du froid à partir du réservoir

d'hélium 419 Il en résulte que la carte à circuits de lo-

gique et de mémoire 407 est rendue apte à fonctionner.

Ainsi, la forme de réalisation préférée ne requiert aucun bain d'hélium liquide comme représenté sur les figures 21 à 24, ce qui réduit le coût et permet d'obtenir une structure compacte.

Bien que dans les formes de réalisation préfé-

rées, mentionnées précédemment, on utilise un réfrigérateur

GM à trois étages, la présente invention peut être appli-

quée à n'importe quel autre réfrigérateur du type à accumu-

lation de froid, apte à liquéfier l'hélium.

Les figures 26 à 28 représentent certaines formes de réalisation préférées d'un dispositif de refroidissement delunette à infrarouge utilisant le réfrigérateur conforme à la présente invention, les mêmes chiffres de référence

sur l'ensemble des dessins désignant des éléments iden-

tiques ou correspondants.

En se référant tout d'abord à la figure 26, le dispositif de refroidissement comporte un boîtier 502, un premier miroir réfléchissant 503 disposé dans ce boîtier

502 et servant à produire une première réflexion du rayon-

nement infrarouge 501 pénétrant dans le boîtier 502 à par-

tir de l'extérieur, un second miroir réfléchissant 504 ser-

vant à réaliser une nouvelle réflexion du rayonnement in-

frarouge 501, réfléchi par le premier miroir réfléchissant 503, un dispositif à infrarouge 505 servant à recevoir le rayonnement infrarouge 501 réfléchi par le second miroir réfléchissant 504, un réfrigérateur GM à trois étages 508 apte à fournir des températures comprises entre 2 K et 4,20 K et incluant un élément d'accumulation du froid d'un troisième accumulateur de froid, formé par du Gd Rh et du

Gdo,5 Ero,5 Rh par exemple, un réservoir d'hélium 509 placé -

en contact thermique avec le dispositif à infrarouge 505 Jeté contenant de l'hélium, du gaz hélium 510 devant être envoyé au réfrigérateur GM à trois étages 508, un gaz de renvoi

511 devant être renvoyé par le réfrigérateur 508, un pre-

mier étage thermique 515, un second étage thermique 516 et un troisième étage thermique 517 du réfrigérateur GM à

trois étages 508.

Le rayonnement infrarouge 501 pénétrant dans le

boîtier 502 à partir de l'extérieur est réfléchi une pre-

mière fois sous le premier miroir réfléchissant 503, puis est collecté sur le second miroir réfléchissant 504 Le

rayonnement infrarouge 501 est collecté et est en outre ré-

fléchi sur le second miroir réfléchissant 504, puis est collecté sur le dispositif à infrarouge 505 D'autre part, le troisième étage thermique 517 du réfrigérateur GM à trois étages 508 est refroidi à une température comprise entre 20 K et 4,20 K, et le réservoir d'hélium 509, qui est en contact thermique avec le troisième étage thermique 517,

est refroidi de façon correspondante à une température com-

prise entre 2 K et 4,20 K Etant donné que la chaleur spéci-

fique de l'hélium, contenu dans le réservoir d'hélium 509,

dans cette gamme de températures est élevée, une oscilla-

tion de température dans le réservoir d'hélium 509 est dif-

ficilement produite, même lorsqu'elle apparaît dans le troisième étage thermique 517 C'est pourquoi, il apparaît à peine une oscillation de température dans le dispositif infrarouge 505, qui est placée en contact thermique avec le réservoir d'hélium 509, et le dispositif à infrarouge 505 est refroidi à une température comprise entre 2-K et 4,2 K. Par conséquent, le dispositif à infrarouge 505 est rendu 3 G apte à fonctionner aux températures allant de 2 K à 4,2 K, de manière à recevoir le rayonnement infrarouge réfléchi par le second miroir réfléchissant 504 et collecté sur le

dispositif à infrarouge 505.

La figure 27 représente une modification de la forme de réalisation préférée indiquée précédemment, dans laquelle une première plaque formant bouclier 513 et une seconde plaque formant bouclier 512 et une troisième plaque formant bouclier 514 sont montées respectivement sur le premierétage thermique 515, sur le second étage thermique 516 et sur le troisième étage thermique 517 La première plaque formant bouclier 513 est refroidie à environ 50 K par le premier étage thermique 515 de manière à établir une

protection vis-à-vis du rayonnement en direction de la se-

conde plaque formant bouclier 512 La seconde plaque for-

mant bouclier 512 est refroidie à environ 15 K par le se-

cond étage thermique 516 de manière à établir une protec-

tion contre le rayonnement en direction de la troisième plaque formant bouclier 514 La troisième plaque formant bouclier 514 est refroidie à 24,20 K par le troisième étage thermique 517 de manière à établir une protection contre le

rayonnement en direction du dispositif à infrarouge 505.

Ceci permet donc de réduire le rayonnement thermique envoyé

au dispositif à infrarouge 505 et aux premier et second mi-

roirs réfléchissants 503 et 504.

En référence à la figure 28, qui représente une

autre modification de la forme de réalisation préférée in-

diquée précédemment, un système de commande de la pression servant à commander la pression dans le réservoir d'hélium

509 est raccordé au dispositif de refroidissement Le sys-

tème de commande de la pression inclut un accès d'entrée 518 servant à introduire un signal destiné à commander la

pression, une ligne de transmission de signaux 519 raccor-

dée à l'accès d'entrée 518, un circuit d'entrée numérique 520 recevant le signal d'entrée numérique provenant de l'accès d'entrée 518 par l'intermédiaire de la ligne de transmission de signaux 519, une unité CPU 521 servant à

recevoir un signal d'entrée en provenance du circuit d'en-

trée numérique 520, un circuit de commande de sortie 522 servant à recevoir un signal de sortie en provenance de l'unité CPU 521, un actionneur 523 servant à recevoir un

* signal de sortie de la part du circuit de commande de sor-

tie 522, une canalisation de pression 524 raccordée au ré-

servoir d'hélium 509, un couple de soupapes 525 A et 525 B raccordées à la canalisation de pression 524, une cuve à haute pression 526 raccordée à la soupape 525 A et une en- ceinte à vide 527 raccordée à la soupape 525 B.

Lors d'une variation de la température du dispo-

sitif à infrarouge 505, une valeur d'entrée est envoyée à l'accès d'entrée 518 et est transmise par l'intermédiaire

du circuit d'entrée numérique 520 à l'unité CPU 521 En-

suite, un signal de sortie, qui est fonction de la tempéra-

ture, est délivré par l'unité CPU 521 Le circuit de com-

mande de sortie 522 règle une amplitude du signal de sortie délivré par l'unité CPU 521 et délivre un signal réglé à l'actionneur 523 Alors, l'actionneur 523 ouvre et ferme les soupapes 525 A et 525 B en fonction d'une amplitude du

signal délivré par le circuit de commande de sortie 522.

Dans la gamme de températures allant de 2 K à 4,2 K, l'hélium situé dans le réservoir d'hélium 509 se trouve à l'état d'ébullition Plus la pression de l'hélium

diminue, plus son point d'ébullition est bas C'est pour-

quoi la température du dispositif à infrarouge peut être réduite moyennant une réduction de la pression de l'hélium dans le réservoir d'hélium 509 C'est-à-dire que la soupape 525 B raccordée à l'enceinte à vide 527 est ouverte, ce qui réduit la pression de l'hélium dans le réservoir d'hélium

509 La pression dans le réservoir d'hélium 509 est détec-

tée par un capteur de pression 528, et un signal de sortie délivré par le capteur de pression 528 est converti en un signal numérique par un convertisseur analogique/numérique 529 Le signal numérique est alors envoyé à l'unité CPU

521 Lorsque la pression atteint une valeur désirée, un si-

gnal servant à fermer la soupape 525 B est délivré par

l'unité CPU 521.

Au contraire, lorsque la température du disposi-

tif à infrarouge 505 est susceptible d'augmenter, la pres-

sion de l'hélium dans le réservoir d'hélium 509 peut être accrue au moyen de l'ouverture de la soupape 525 A raccordée

à la cuve à haute pression 526.

Par conséquent, il est souhaitable que la tempé- rature du dispositif à infrarouge 505 soit commandée dans la gamme de températures allant de 20 K à 4,20 K. Dans la lunette à infrarouge classique telle que représentée dans NEWTON COLLECTION ASTRONOMICAL OBSERVATION (Kyoibusha), il est nécessaire d'utiliser une cuve à hélium liquide Au contraire, la lunette à infrarouge conforme à la présente invention ne requiert pas l'utilisation d'une

telle cuve à hélium liquide et on n'exige pas qu'elle dé-

livre éventuellement de l'hélium liquide.

Bien que l'invention ait été décrite en référence

à une forme de réalisation spécifique, la description est

illustrative et ne doit pas être considérée comme limitant la portée de l'invention Différentes modifications et changements pourront être imaginés par le spécialiste de la

technique, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1 Pompe cryogénique comportant un réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples, apte à atteindre des températures égales à 4,20 K ou moins, caractérisée en ce que ledit réfrigérateur comporte une pluralité d'étages thermiques ( 102,103,104), une pluralité de panneaux ( 105,106,107) fixés respectivement auxdits étages thermiques et du charbon actif ( 108) déposé sur un panneau final faisant

partie desdits panneaux.

2 Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples comporte un compresseur ( 13) placé à une température usuelle et servant à comprimer du gaz hélium utilisé comme fluide usuel de fonctionnement, une ou plusieurs chambres d'expansion ( 17,18,19) et un ou plusieurs accumulateurs ( 1,2,3) de froid situés à des niveaux de températures différents et en ce qu'un élément d'accumulation du froid ( 25,26; 38, 39,40) desdits accumulateurs de froid est formé d'un alliage ou d'un composé contenant un métal de

terres rares.

3 Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples comporte un compresseur ( 13) placé à une température usuelle et servant à comprimer du gaz hélium utilisé comme fluide usuel de fonctionnement, une ou plusieurs chambres d'expansion ( 17,18,19) et un ou plusieurs accumulateurs ( 1,2,3) de froid situés à des niveaux de températures différents, en ce qu'un élément d'accumulation du froid ( 25,26; 38,39,40) desdits accumulateurs de froid ( 1,2,3) est formé de deux ou de plusieurs types de substances en fonction d'une gamme de températures, dans laquelle une chaleur spécifique élevée est obtenue, et en ce qu'on utilise du Gd Rh pour constituer l'élément d'accumulation du froid à un niveau de température élevé, tandis qu'on utilise du Gdo 5 Er 05 Rh pour constituer l'élément d'accumulation du froid à un niveau de température faible, et en ce qu'on règle un pourcentage en

poids de Gd Rh égal à 45-65 %.

4 Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que

32 2674578

ledit réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples comporte un compresseur ( 13) placé à une température usuelle et servant à comprimer du gaz hélium utilisé comme fluide usuel de fonctionnement, une ou plusieurs chambres d'expansion ( 17,18,19) et un ou plusieurs accumulateurs ( 1,2,3) de froid situés à des niveaux de températures différents, et en ce qu'il comporte un joint d'étanchéité ( 7,8,9) destiné à empêcher une fuite dudit gaz hélium, une quantité de chaleur produite sous l'effet de la résistance de glissement dudit joint d'étanchéité étant réglée à une valeur inférieure à une quantité de réfrigération théorique produite, devant être obtenue dans l'hypothèse d'une détente

isotherme dans lesdites chambres d'expansion ( 17,18,19).

5 Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples comporte un compresseur ( 13) placé à une température usuelle et servant à comprimer du gaz hélium utilisé comme fluide usuel de fonctionnement, une ou plusieurs chambres d'expansion ( 17,18,19) et un ou plusieurs accumulateurs ( 1,2,3) de froid situés à des niveaux de températures différents, et en ce qu'il comporte un cylindre ( 10), un joint d'étanchéité ( 7,8,9) destiné à empêcher une fuite dudit gaz hélium, un puits de chaleur ( 24) installé sur une surface extérieure dudit cylindre dans une position, dans laquelle ledit joint d'étanchéité glisse, ledit puits de chaleur ( 24) étant formé par un bon conducteur de la chaleur et étant raccordé thermiquement à un étage thermique à haute température de manière à absorber la production de chaleur due à la résistance de glissement dudit joint d'étanchéité

( 7,8,9).

6 Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit réfrigérateur du type à accumulation du froid à étages multiples comporte un compresseur ( 13) placé à une température usuelle et servant à comprimer du gaz hélium utilisé comme fluide usuel de fonctionnement, une ou plusieurs chambres d'expansion ( 17,18,19) et un ou plusieurs accumulateurs ( 1,2,3) de froid situés à des niveaux de

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températures différents, et en ce qu'il est prévu un élément d'accumulation du froid formé d'un alliage ou d'un composé contenant un métal des terres rares possédant une chaleur spécifique élevée dans une gamme de températures correspondant à 10 'K ou moins ou en ce qu' un récipient destiné à contenir l'hélium est monté sur l'extrémité d'un cylindre d'un étage thermique ( 20,21,22; 52,53,54; 102,103,104) ou d'un dispositif de déplacement ( 4,5,6) situé dans ladite gamme de températures, de manière à réduire la variation de température lors d'un cycle de réfrigération.