FO-INN_03-001 r0

CNEA Magnetómetro Cri.Ar: aspectos térmicos y criogeniaINT-INN_03BT-005

Página: 2 de 31

INDICE

1. OBJETIVO.........................................................................................................................12. SOLICITANTE...................................................................................................................13. INTRODUCCIÓN...............................................................................................................34. ABREVIATURAS...............................................................................................................35. DESARROLLO..................................................................................................................4

5.1 Selección del criogenerador................................................................................................45.2 Selección del controlador de temperaturas.......................................................................55.3 Selección de la termometría y calefactor............................................................................65.4 Instalación de la termometría..............................................................................................75.5 Medición de temperatura y su control................................................................................95.6 Termalización de los sensores SQUID y sus cables de señal........................................105.7 Apantallamiento térmico mediante pantallas intermedias y “superaislación”..............135.8 Evacuado de la camisa de vacío.......................................................................................14

6. RESULTADOS.................................................................................................................156.1 Temperatura base del sistema..........................................................................................166.2 Potencia aceptada por la etapa fría...................................................................................176.3 Proceso de enfriado del magnetómetro...........................................................................186.4 Otras observaciones realizadas........................................................................................19

7. CONCLUSIONES............................................................................................................208. REFERENCIAS................................................................................................................209. INFORMACIÓN DE CONTACTO....................................................................................2110. ANEXOS........................................................................................................................22

10.1 ANEXO A: Determinación aproximada de los parámetros térmicos de trabajo..........2210.2 ANEXO B: Caja de pruebas de la termometría...............................................................2510.3 ANEXO C: Instalación y calibración de los termómetros resistivos............................2610.4 ANEXO D: Termalización de los sensores SQUID.........................................................2910.5 ANEXO E: Línea de recarga de Helio-4 del compresor..................................................31

FO-INN_03-001 r0

CNEA Magnetómetro Cri.Ar: aspectos térmicos y criogeniaINT-INN_03BT-005Página: 20 de 31

Se ensayaron dos cilindros internos de la camisa de vacío de distintos materiales. Unprimer cilindro de acero inoxidable fue reemplazado por otro de cobre. Al realizar estereemplazo se observó que el espacio de la muestra no se enfría apreciablemente al operarel magnetómetro. Mediciones realizadas con el termómetro interno del fluxgate muestranuna variación de 27,5°C a 25,7°C al cabo de 20 minutos en la posición más interna (la másfría) que puede ocupar la muestra. Las mediciones con este dispositivo son relevantesdebido a tener una masa térmica similar a la de las muestras de roca.

7. CONCLUSIONES

Se diseñó y ensambló el sistema de criogenia asociado al magnetómetro Cri.Ar, teniendo encuenta las restricciones particulares de la geometría necesaria para poder refrigerar bobinas dedetección a 4 K con una muestra a medir a temperatura ambiente, muy próxima a las mismas.Esto se logró mediante el ensayo de distintas estrategias de blindaje térmico, que tienen comoparte fundamental la superaislación de grado satelital empleada.

Las estrategias aquí desarrolladas pueden eventualmente encontrar aplicación en otrosproblemas de relevancia, como por ejemplo el análisis de muestras de otra naturaleza o ladetección de variaciones temporales y/o espaciales de pequeña magnitud del campo magnéticodisperso debido a la circulación de corriente eléctrica o de objetos magnéticos de gran tamaño.

8. REFERENCIAS

[CriArBlindaje] “Magnetómetro Cri.Ar: apantallamiento magnético”, M. Vásquez Mansilla et al.,Informe técnico CNEA INT-INN_03BT-004 (2019).

[CriArDetección] “Magnetómetro Cri.Ar: sistema de detección”, V.F. Correa et al., Informe técnicoCNEA INT-INN_03BT-006 (2019).

[CriArGeneralidades] “Magnetómetro Cri.Ar: generalidades sobre el proyecto”, P. Pedrazzini et al.,Informe técnico CNEA INT-INN_03BT-002 (2019).

[CriArMecánico] “Magnetómetro Cri.Ar: diseño mecánico y vacío”, M. Gómez Berisso et al.,Informe técnico CNEA INT-INN_03BT-003 (2019).

[delaCruz1977] “Calibración de Termómetros en el Rango de 4K a 40K”, M.E. de la Cruz, J.G.Sereni, H. Salva, Informe Técnico CNEA #430, 1977.

[Ekin2006] “Experimental Techniques for Low-Temperature Measurements”, J.W. Ekin (OxfordUniversity Press, Oxford, 2006).

[LS335] “Model 335 Cryogenic Temperature Controller”, Lake Shore Cryotronics,www.lakeshore.com, revisión 1.5, 25/7/2017.

[Moore2012] “Building Scientific Apparatus”, J.H. Moore, C.C. Davis y M.A. Coplan, 4ta Edición(Cambridge University Press, Cambridge, 2012).

[PT405] “PT405 with CP2850 Cryorefrigerator Specification Sheet”, Cryomech,www.cryomech.com, revisión 29/8/2013.

[QD5000] “Model 5000 DC Squid Controller”, Quantum Design, www.qdusa.com, revisión9/11/1995.

[Tomaru2004] “Vibration analysis of cryocoolers”, T. Tomaru et al., Cryogenics 44 (2004) 309.[Wang2001] “Helium Liquefaction with a 4K Pulse Tube Cryocooler”, C. Wang, Cryogenics 41(2001) 491

http://www.qdusa.com/http://www.cryomech.com/http://www.lakeshore.com/

FO-INN_03-001 r0

CNEA Magnetómetro Cri.Ar: aspectos térmicos y criogeniaINT-INN_03BT-005Página: 21 de 31

[Wang2009] “Extracting Cooling from the Pulse Tube and Regenerator in a 4K Pulse TubeCryocooler”, C. Wang, Cryocoolers 15 (2009) 177.

9. INFORMACIÓN DE CONTACTO

Por información referida a este reporte, contactarse con Pablo Pedrazzini (responsable delinforme: pedrazp@cab.cnea.gov.ar), Julio Guimpel (responsable científico del proyecto:jguimpel@cab.cnea.gov.ar) o Nicolás Hernández (responsable por parte de LaTe Andes SA:hernandezn@lateandes.com).

mailto:hernandezn@lateandes.commailto:jguimpel@cab.cnea.gov.armailto:pedrazp@cab.cnea.gov.ar