Dispositif cryogénique pour mesures magnétiques entre 4 et 300°K

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Submitted on 1 Jan 1966

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Dispositif cryogénique pour mesures magnétiques entre 4 et 300°K

J. Denis, P. Roubeau

To cite this version:

J. Denis, P. Roubeau. Dispositif cryogénique pour mesures magnétiques entre 4 et 300°K.

Revue de Physique Appliquée, Société française de physique / EDP, 1966, 1 (1), pp.23-24.

�10.1051/rphysap:019660010102300�. �jpa-00242677�

23.

DISPOSITIF CRYOGÉNIQUE ^{POUR MESURES} MAGNÉTIQUES ^{ENTRE 4 ET 300 °K}

Par J. DENIS et P. ROUBEAU,

Service de Physique ^{du Solide et} de Résonance Magnétique,

Centre d’Études Nucléaires de Saclay, ^France.

Résumé.

L’échantillon est refroidi _par un courant d’hélium gazeux obtenu par pompage

sur une bouteille d’hélium liquide.

Abstract.

The sample is cooled by ^{a flow of} helium gas from ^a liquid ^{helium container.}

REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE ^TOME 1, ^MARS 1966,

Destiné à mesurer l’anisotropie magnétique, ^cet appareil peut ^{être aisément} adapté ^{à d’autres} types

d’expériences. ^Ses avantages ^{sont les suivants :}

1) ^{Il est} simple ^{dans sa} réalisation ^et son emploï ; 2) ^son encombrement est limité ; 3) ^{il couvre de}

manière continue une large gamme de température (par ^un procédé ^encore inutilisé, ^{à notre connais-}

sance, pour la mesure de l’anisotropie magnétique) ; 4) ^il permet ^{de maintenir} longtemps l’échantillon ^à la température ^{désirée avec une bonne stabilité.}

1. Principe.

^Le cryostat (fig. 1) ^est, pour

l’essentiel, ^constitué par ^une enceinte à double

paroi [9, 11, 6, 12] ^{en acier} inoxydable ^{entre les-} quelles ^{est fait le vide} d’isolement. Un courant

d’hélium _gazeux froid, parcourant ^{le tube} central,

refroidit au passage ^une enceinte isotherme (2) ^à

l’intérieur de laquelle ^est suspendu l’échantillon A.

On contrôle la température ^en agissant ^{sur le débit}

de _gaz.

2. Réalisation.

La partie inférieure du dispo-

sitif plonge ^{dans une} bouteille d’hélium liquide.

L’hélium ^est aspiré ^{à travers le tube} central, ^en pompant ^sur l’ajutage ^{de sortie} (1). Les vapeurs traversent d’abord le tube (11), ^{passent à travers}

un réseau de trous ménagés ^{dans le} bloc cuivre (3)

et lèchent ensuite les parois ^de l’enceinte ^en cuivre (2), ^dans lesquelles ^{ont été fraisées des canne-}

lures latérales qui ^{assurent un bon} échange ^ther-

mique ^entre l’enceinte et le _gaz. On maintient à ~ l’intérieur de l’enceinte (2) ^une atmosphère ^d’hélium

pour que l’échantillon soit rapidement ^{mis en} équi-

libre thermique par conduction. L’inégalité ^{des dila-}

tations est absorbée _{par le} soufll.et métallique (6).

Le vide statique d’isolement est amélioré en cours

de fonctionnement par du charbon actif (8) placé ^à

la partie inférieure du tube qui plonge ^{dans l’hélium} liquide.

Pour réduire les échanges par rayonnement ^entre les tubes (9) ^et (12) ^{un écran} thermique ^{de cuivre} (4)

est soudé à la paroi ^{du tube extérieur en un} point (7) qui, ^en fonctionnement, ^{se trouve assez} profon-

dément engagé dans le col de la bouteille d’hélium FIG. 1.

Coupe ^du cryostat.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/rphysap:019660010102300

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où la température ^avoisine celle de l’azote liquide.

A sa partie supérieure, ^{l’écran fait contact avec le}

tube (12) ^{sans lui être soudé ce} qui permet ^{aux deux}

pièces ^{de se dilater} indépendamment. ^{En ce} point,

le tube (12) ^{est encore refroidi par le gaz d’hélium} qui ^{est encore à une} température peu différente de celle de l’enceinte (2), ^et qu’on ^{force à} passer ^à travers des cannelures ménagées ^{dans une} bague ^de

cuivre (10).

3. Fonctionnement.

Le réglage ^{de la} tempé-

rature de l’échantillon ^se fait simplement ^en agis-

sant sur le débit de pompage. La figure ^{2 montre}

comment varie la température ^{avec le débit gazeux.}

On obtient ainsi une température ^de 5 °K pour ^un débit de 3,8 litres de _gaz par minute. La tempé-

rature est mesurée au moyen de deux thermocouples

chromel-alumel dont l’un est en contact avec la

partie supérieure ^de l’échantillon A, ^et l’autre, arrivant à la partie inférieure _par l’orifice (13),

mesure la température ^de l’enceinte (2). ^L’écart

entre les deux mesures n’a jamais ^excédé 0,5°. ^La température ^{reste stable à} 0,1 ° près.

Au-dessus de 30 °K, ^{une faible} variation de débit provoque ^{une assez} forte variation de température.

Pour une expérience ^de longue ^{durée à} température

constante dans cette région, ^{il est alors} préférable

de conserver un débit raisonnable (de l’ordre de 1 à 2 1/min) ^et de réchauffer le _gaz avant qu’il ^{ne lèche}

les parois ^de l’enceinte (2). ^{Dans ce} but, ^une petite

FIG. 2.

Variation de la température ^de l’échantillon

avec le débit de gaz (dans ^les conditions normales).

résistance pouvant dissiper jusqu’à ^{4 W est bobinée}

sur la pièce ^{en lave} (5). ^Le réglage ^de température

s’effectue alors sur la puissance électrique dissipée,

le débit _gazeux restant constant.

L’autonomie de fonctionnement de ce dispositif

ne dépend que de la capacité ^du récipient ^d’hélium liquide. ^{Avec un dewar de 25 litres d’hélium} liquide

elle ^est de 75 h à 5 oR ou 250 h à 20 OK et au-dessus.

Manuscrit _reçu le 17 juillet ^1965.