Základy kryotechniky - NFPL095

• Anglický název: Fundamentals of Cryogenics
• Zajišťuje: Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2020
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. David Schmoranzer, Ph.D.; doc. RNDr. Miloš Rotter, CSc.
• Vyučující: doc. RNDr. Miloš Rotter, CSc.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Fyzika pevných látek

Anotace

čeština

Výběrová přednáška navazuje na úvodní kurs Fyzika nízkých teplot, je zaměřena na otázky techniky a technologie nízkoteplotního experimentu, určená pro 1. a 2. roč. magisterského studia FKSM.

Poslední úprava: Chlan Vojtěch, doc. RNDr., Ph.D. (13.05.2019)

angličtina

Facultative lecture which complets the introductory lecture "Low Temperature Physics" FPL 099. It concerns the problems of technics and technology of low temperature experiment. Suitable for students of 1st and 2nd year of Mgr solid state physics study.

Poslední úprava: Chlan Vojtěch, doc. RNDr., Ph.D. (13.05.2019)

Cíl předmětu

čeština

Přednáška doplňuje o praktické aspekty konstrukce a provozu nízkoteplotních zařízení fyzikálně zaměřenou přednášku NFPL099 Fyzika nízkých teplot.

Poslední úprava: KFNTMR/MFF.CUNI.CZ (12.04.2008)

angličtina

The lecture devoted to the practical aspects of low temperature facilities design and maintainenance, complementary lecture to the NFPL099 Low Temperature Physics.

Poslední úprava: KFNTMR/MFF.CUNI.CZ (13.04.2008)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Zkouška probíhá ústní formou. Požadavky ke zkoušce odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

Poslední úprava: Schmoranzer David, doc. RNDr., Ph.D. (13.06.2019)

angličtina

The exam is oral. Requirements correspond to syllabus of the subject to the extent presented at the lecture.

Poslední úprava: Schmoranzer David, doc. RNDr., Ph.D. (13.06.2019)

Literatura

1. J.Jelínek, Z.Málek: Kryogenní technika, SNTL Praha 1982

2. J.Vepřek: Elektrická měření nízkých teplot, SNTL Praha 1977

3. M.Rotter: Fyzikální základy a technika nízkoteplotního experimentu, SPN Praha 1982

4. R.C.Richardson, E.N.Smith: Experimental Techniques in Condensed Matter Physics at Low Temperatures, Addison-Wesley New York 1988

5. F.Pobell: Matter and Methods at Low Temperatures, Springer Berlin 1992

6. L. Skrbek a kol.: Fyzika nízkých teplot, Matfyzpress Praha 2011

Poslední úprava: Chlan Vojtěch, doc. RNDr., Ph.D. (13.05.2019)

Metody výuky

čeština

Přednáška klade důraz na získávání praktických znalostí prostřednictvím řešení konstrukce konkrétních kryogenních zařízení, optimalizace jejich provozu, způsobů měření a regulace.

Poslední úprava: KFNTMR/MFF.CUNI.CZ (12.04.2008)

angličtina

The lecture accents the practical knowledges by means of design of specific low temperature apparatuses, of their work optimization and of methods of measurement and control.

Poslední úprava: KFNTMR/MFF.CUNI.CZ (13.04.2008)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Znalost základních principů dosahování a měření nízkých teplot - využití kryokapalin, rozpouštěcí refrigerátory, adiabatická demagnetizace. Rezistivní a magnetická termometrie, šumové termometry.

Orientace v tradičních konstrukčních materiálech a návrzích kryogenních zařízení, techniky omezení tepelného příkonu. Přibližný výpočet přenosu tepla vedením po konstrukčních elementech a elektrických vodičích v kryostatu.

Základní vakuová technika a její využití v kryogenice.

Poslední úprava: Schmoranzer David, doc. RNDr., Ph.D. (13.06.2019)

angličtina

Knowledge of the fundamental principles of reaching and measuring low temperatures: cryoliquids, dilution refrigerators, adiabatic demagnetization. Resistive and magnetic thermometry, noise thermometers.

Overview of traditional materials and designs, methods of suppressing external heat input. Ability to approximately calculate the heat transfer by conduction along construction elements and electrical leads inside a cryostat.

Basic vacuum technology and its applications in cryogenics.

Poslední úprava: Schmoranzer David, doc. RNDr., Ph.D. (13.06.2019)

Sylabus

čeština

1. Úvod.
Historický vývoj techniky získávání nízkých teplot. Význam nízkoteplotní technologie ve vědě a v průmyslu.

2. Metody získávání nízkých teplot.
Fyzikální vlastnosti zkapalněných plynů. Principy zkapalňovačů a kryogenerátorů a jejich konstrukční řešení. Polovodičové chladicí elementy. Skladování a doprava zkapalněných plynů.

2. Bezpečnost při práci s nízkoteplotními zařízeními. .
3. Konstrukce nízkoteplotních zařízení.
Tepelné a mechanické vlastnosti kryogenních konstrukčních materiálů. Spojování materiálů (svařování, pájení a lepení). Typy tepelných izolací. Základy vakuové techniky (vývěvy, ventily, spojovací díly, vakuometry a hledače netěsností). Termodynamický výpočet kryogenních zařízení. Konstrukční provedení kryostatů a dalších kryogenních zařízení.

4. Měření a regulace nízkých teplot.
Fyzikální problémy nízkoteplotní termometrie. Mezinárodní teplotní stupnice. Plynové a parní teploměry. Elektrické odporové, diodové, kapacitní a termoelektrické teploměrné snímače. Vyhodnocovací obvody elektrických snímačů nízkých teplot. Regulace nízkých teplot.

5. Využití supravodivosti v kryotechnice.
Supravodivé magnetické soustavy, praktická provedení solenoidů, proudové přívody, klíče. Supravodivé tepelné klíče.

6. Teploty pod 1 K.
Rozpouštěcí refrigerátory 3He/4He. Chlazení adiabatickou a jadernou demagnetizací. Pmerančukovo chlazení. Měření velmi nízkých teplot.

Poslední úprava: ()

angličtina

1. Introduction
History of low temperature techniques. The role of low temperature technology in science and industry.

2. Methods of low temperature production
Properties of liquid refrigerants. Principles of liquefiers and cryogenerators and their design. Semiconductor cooling elements. Storage and transport of liquid refrigerants.

3. Safety rules of handling with cryogenic devices.
4. Design of cryogenic apparatus
Thermal and mechanical properties of cryogenic materials. Materials and jointing methods (welding, soldering and sealing). Thermal insulation. Elements of vacuum techniques (vacuum pumps, valves, jointing elements, vacuum sensors, leak detectors). Thermal analysis of cryogenic devices. Design of cryostats and cryogenic apparatuses.

5. Low temperature measurements and control
Problems of physics in low temperature thermometry. International temperature scales. Gas and vapor thermometers. Resistance, diode, capacitance and thermoelectric temperature sensors. Electronic devices for low temperature sensors. Control of low temperatures.

6. Use of superconductivity
Superconducting magnetic facilities. Design of superconducting solenoids, current leads and switches. Superconducting thermal switches.

7. Temperatures below 1 K
Dilution refrigerators. Adiabatic and nuclear demagnetization refrigerators. Pomeranchuk cooling. Very low temperature thermometry.

Poslední úprava: T_KFNT (02.05.2003)