具有真空容器和待冷却的物体的低温恒温器的制作方法

本发明涉及一种低温恒温器装置，包括真空容器和待冷却的物体、特别是超导磁性线圈系统或低温容器，待冷却的物体设置在真空容器的内部，该真空容器具有颈管，该颈管通向待冷却的物体，冷却头的冷却臂至少部分设置在颈管中，围绕冷却臂构成封闭的空腔，该空腔相对于待冷却的物体以对流体密封的方式密封，空腔在正常运行中至少部分填充有第一低温流体，并且设置第一热耦合器件，该第一热耦合器件适合于将空腔中的第一低温流体与待冷却的物体热耦合。

背景技术：

这样的冷却装置有de102014218773a1已知。

核旋共振(nrm)装置特别是nrm光谱仪和nrm断层扫描需要强磁场，其通常借助于超导磁性线圈产生。超导磁性线圈必须在低温温度上运行。磁性线圈为此通常设置在低温恒温器中。低温恒温器具有抽成真空的容器(真空容器)，在其中设置待冷却的物体，通常仍然被辐射屏蔽体包围。待冷却的物体可以是磁性线圈本身(“cryofree”－system)或也可以是低温容器，在低温容器中设置低温液体(例如液态氦气)和磁性线圈。

待冷却的物体通常利用主动冷却系统(大多包括脉冲管冷却器或gifford-macmahon冷却器)冷却。主动冷却系统减小了昂贵的液态氦气的消耗、提高nrm装置的实用性并且也有助于减小结构高度。主动冷却系统可以构成为单级的或多级的。在多级的系统中大多较热的冷级冷却热辐射屏蔽体并且较冷的冷级冷却待冷却的物体。

在主动冷却系统发生故障时，例如由于技术缺陷，一个超导磁性线圈或多个超导磁性线圈(超导磁性线圈系统)应当如此长地保留在转变温度之下，直至可以实现主动冷却系统的修复。由于加热导致的超导状态丧失可能导致破坏超导磁性线圈系统；至少然而重新冷却超导磁性线圈系统与可观的耗费相关联。

在具有主动冷却的低温恒温器的最常见的结构形式中，例如见us2007/089432a，冷却头的冷却臂伸入到真空容器的颈管中。颈管朝向低温容器敞开，在低温容器中超导磁性线圈设置在液态的氦气中。在冷却臂的最下部的冷级上氦气重新冷凝并且滴回到低温容器中。类似的低温恒温器由us2010/298148a、us2007/022761a、de102004012416b4或us2007/051115a已知。

为了在主动冷却系统的故障和服务干涉之间提供尽可能长的时间，可以将在低温恒温器中的热质量(即质量乘以比热容)、例如辐射屏蔽体或低温容器连同低温液体在内选择成较大的，这然而加大了低温恒温器的结构高度和总体重量。同样在具有低温容器的低温恒温器中可以后续填充在外部提供的液体氦气，以便替代蒸发掉的氦气；这然而是非常昂贵的。

由us8950194b2中已知，在冷却器断开的情况下(例如在传送过程中)将由低温容器中蒸发的气体的一部分沿着冷却器引导，并且如此降低冷却臂的热负载。

由de102014218773a1已知，在低温恒温器中在颈管的内侧和冷却头的冷却臂之间的空体积利用气体例如氦气填充。在正常运行中冷却臂的最下部的冷级靠近待冷却的物体；例如经由待冷却的物体和最下部的冷级的接触，建立与空体积中的少量液态氦气的良好热耦合。在冷却失效时空体积中的气体压力由于加热而上升；在空体积中的少许液态氦气蒸发。可移动地安装的冷却头通过空体积中的上升的气体压力远离待冷却的物体运动，由此从冷却臂到待冷却的物体的热耦合减小。

利用这种低温恒温器，在主动冷却失效的情况下通过冷却臂引起的热负载可以被减小，然而结构耗费由于冷却头的可移动的悬挂是相对较大的。此外由于在空体积中的高气体压力，此外出现不可忽略的热耦合。

技术实现要素：

本发明的任务在于提供一种低温恒温器装置，其中在主动冷却失效的情况下能够以简单的方式进一步减小通过冷却臂引起的热负载。

该任务以意想不到的简单和有效的方式通过开头所述类型的低温恒温器装置解决，其特征在于，低温恒温器装置此外包括泵装置，在该泵装置上连接所述空腔，并且在冷却头的冷却功能失效时空腔能利用该泵装置被抽成真空。

根据本发明规定，利用空腔包围冷却臂，该空腔在正常运行时为了冷却臂与待冷却的物体的良好的热耦合而至少部分利用第一低温流体填充。从冷却臂向待冷却的物体的主要热耦合穿过空腔借助于第一低温流体实现。热传递在此尤其通过对流和低温流体中的热传导承担。特别好的导热可以利用液化的低温流体实现，为此可以设定相应的气体压力(例如借助于在合适位置上的加热器)。空腔相对于待冷却的物体密封，这意味着第一低温流体不能渗入到待冷却的物体中。如果希望的话，然而在本发明中待冷却的物体的外壁一起限定空腔；然而第一低温流体不与待冷却的物体(例如氦气箱)中的可能的第二低温流体连通。

在主动冷却失效的情况下，该空腔可以利用泵装置抽成真空。在空腔中的真空(大多为1mbar或更低，通常10^-2mbar或更低)时，在冷却臂和待冷却的物体之间的热耦合被中断或至少强烈减小(通常减小70％或更大，通常95％或更大，优选99％或更大)；真空隔热地起作用。

在缺少第一低温流体时，封闭的空腔变成绝缘真空。在通过空腔的三个热传递机理(热传导、对流、热辐射)中在抽成真空的状态/故障运行中两个通常在正常运行中占据主导地位的热传递机理、即热传导和对流取消了，并且热辐射作为唯一的在实际中重要的热传递机理起作用。通过辐射实现的热量输入可以(如果希望的话)通过挡板/敞开的辐射屏蔽体进一步减小，其在正常运行中被第一低温流体环流并且而后仅仅稍微损害热接触。

因此，不再被主动冷却的冷却臂(其温度逐渐升高，可能直至室温)仅仅导致相对较小的对于待冷却物体的热负载。通过将相对于待冷却物体密封的空腔抽成真空，待冷却物体不被损害，特别是：可能的应用在待冷却物体中的第二低温流体(例如氦气池)不被一起泵出。

第一低温流体通常是气态的，或部分气态的和部分液态的。第一低温流体通常是氦气。可选地这也相应地适用于第二和第三低温流体(见下面)。

冷却臂在正常运行中直接或间接与空腔中的第一低温流体热耦合，并且由此也间接地与待冷却的物体耦合。在故障情况下(冷却装置的故障)，第一低温流体可以被泵出，由此取消或至少强烈减小(发热的)冷却臂与待冷却物体的热耦合。

冷却臂通常既不在正常运行中也不在故障运行中接触第一热耦合器件(并且通常也不接触可能的第二热耦合器件，见下面)。

冷却臂可以直接或间接(例如在冷却臂容器中，其也被空腔包围)被空腔包围。此外，冷却臂或其一部分可以直接或间接(例如在冷却臂容器中，其自身至少部分设置在颈管中)设置在颈管中。

本发明的优选实施方式：

实施方式：其中冷却臂直接设置在待抽成真空的空腔中。

在本发明的低温恒温器装置中，冷却头的冷却臂直接设置在空腔中。由此可以实现特别简单的构造，并且在冷却臂的主动冷却失效时发热的结构的热质量可以被最小化。此外，这种结构大多允许在正常运行中冷却臂和待冷却物体的特别良好的热耦合。空腔可以在外侧或完全通过颈管构成。

在该实施方式的有利的进一步构成中规定，空腔的外部包裹体与颈管的内壁隔开距离，并且在颈管的内壁和包裹体之间的间隙构成为朝向待冷却的物体敞开，待冷却的物体——间隙朝向该待冷却的物体敞开——是低温容器，该低温容器至少部分填充有第二低温流体，特别是该间隙具有用于待输入的或待返回的第二低温流体的供给管路。在包裹体和颈管内壁之间的间隙可以用于将第二低温流体导入或返回到低温容器中。这允许实现第二低温流体的冷却或其在包裹体的冷外侧上的冷凝。此外，包裹体与颈管的内侧隔开距离，由此使得可能的机械振动从包裹体向低温恒温器的其余部分的传递变难。

在该进一步构造的特别优选的进一步发展中规定，冷却头连同空腔的包裹体安装成与低温恒温器装置的连同待冷却的物体在内的其余部分在机械上脱耦，设置柔性的膜片，该膜片将该间隙相对于环境密封。通过机械脱耦的安装，阻止或至少减小冷却头的机械振动(例如基于脉冲管冷却器的工作气体的压力脉冲)向低温恒温器中的输入。在该间隙中，可以基于与低温容器的连接，第二低温流体保持在与环境压力类似的气体压力下(压差大多小于50mbar或小于25mbar，其中大多在间隙中存在稍高的气体压力)，由此柔性膜片几乎是无张力的并且在此也避免机械振动传递到低温恒温器中。柔性的膜片在机械上不受空腔的可能的抽真空的影响。

有利的是一种进一步构造，其中包裹体具有弹性地长度可变的部段以及用于接触冷却臂的上部的冷却级的中间接触元件，使得在正常运行中中间接触元件贴靠在冷却臂上的上部冷却级上，并且在空腔抽成真空时基于在空腔和低温容器之间改变的压差，包裹体的一部分连同中间接触元件在内被移动，从而上部的冷却级不再贴靠在中间接触元件上。由此在故障情况下可以改善热耦合。中间接触元件通常与用于热耦合的真空容器的辐射屏蔽体的屏蔽接触元件对置，优选相互间距基于该包裹体部分的移动在正常运行中小于在具有抽成真空的真空容器的故障情况下。在正常运行中也可以存在屏蔽接触元件和中间接触元件的相互接触。

实施方式：其中冷却臂间接地设置在待抽成真空的空腔中。

在一个有利的实施方式中规定，冷却臂直接设置在冷却臂容器中，空腔围绕冷却臂容器构成，冷却臂容器相对于空腔以对流体密封的方式密封，并且设置第二热耦合器件，该第二热耦合器件适合于将空腔中的第一低温流体与冷却臂容器的内腔热耦合，特别是：在冷却臂容器中设置第三低温流体。在该实施方式中冷却臂容器的内腔相对于空腔是单独的，由此简化在冷却臂上的操纵，例如在维修时。冷却腔容器中的气体压力可以独立于空腔中的气体压力调节。同样简化冷却臂与低温恒温器的其余部分、特别是空腔或其包裹体在机械上脱离耦合。

在该实施方式的特别优选的进一步构造中，冷头安装成与冷却臂容器的壁以及低温恒温器装置的包括待冷却的物体在内的其余部分在机械上脱耦，柔性的膜片跨过在冷却臂容器的壁和冷头之间的环形间隙并且由此将冷却臂容器的内腔相对于环境密封。该机械上脱离耦合的安装阻止或减小机械振动(例如基于脉冲管冷却器中的工作气体的压力脉冲)向低温恒温器中的输入。在冷却腔容器中第三低温流体可以保持在接近环境压力的气体压力下(压差大多小于50mbar或小于25mbar，其中大多在冷却臂容器中存在稍高的气体压力)，由此柔性膜片几乎是无张力的并且在此也避免机械振动传递到低温恒温器中。柔性的膜片在机械上不受空腔的可能的抽成真空的影响。

各种实施例：

有利的是一种实施方式，其中第一热耦合器件和/或第二热耦合器件构成为热交换器，特别是热交换器具有加大表面的结构、优选肋条。通过热交换器可以改善在待冷却的物体和空腔中的第一低温流体之间的热耦合。第一热交换器通常基于(在低温温度下)可良好热传导的材料例如铜，并且具有优选不仅与空腔中的第一低温流体而且与待冷却的物体(特别是第二低温液体)直接接触；相应地适用于第二热交换器。

此外一个实施方式是优选的，其中待冷却的物体是低温容器，并且空腔的外部包裹体伸入到低温容器的上部区域内。如果设置冷却臂容器，那么冷却臂容器优选同样伸入到低温容器的上部区域中。在该实施方式中可以形成在空腔中的第一低温流体与低温容器或包含在低温容器中的第二低温流体的大面积的热接触。此外可以达到小的结构高度。

该实施方式的一种优选构造规定，在正常运行时在空腔中设置第一低温液体，在低温容器中设置第二低温液体，并且空腔的外部包裹体浸入到低温容器中的第二低温液体中。这两种低温液体允许特别好的热耦合。基本上在此第一热耦合器件可以通过外部包裹体的浸入到低温容器中的第二低温液体中的部分构成。优选外部的包裹体的该浸入部分至少在一个部段中在两侧被低温液体润湿。

在一个进一步构造中，包括直接包围冷却臂的空腔，冷却臂的至少一个最下部的冷级浸入到空腔中的第一低温液体中。由此可以改善最下部的冷级(冷却级)与待冷却物体的热耦合。

在另外一种改进中，其具有在冷却臂容器中的冷却臂，冷却臂容器也被空腔包围，规定：冷却臂容器浸入到空腔中的第一低温液体中，并且在冷却臂容器中设置第三低温液体，冷却臂的至少一个最下部的冷级浸入到该第三低温液体中。由此也可以改善该最下部的冷级(冷却级)与待冷却物体的热耦合。基本上在此第二热耦合器件可以通过冷却臂容器的浸入到空腔中的第一低温液体中的部分构成。优选冷却臂容器的浸入部分至少在一个部段中在两侧被低温液体润湿。

此外有利的是一种实施方式，设置监控装置，该监控装置监控冷头的冷却功能，并且该监控装置设计用于在冷头的冷却功能失效时自动激活泵装置，从而空腔被抽真空。由此可以提前减小通过发热的冷却臂引起的热负载并且延长可能的保持时间，在该保持时间上待冷却的物体可以被保持在低温温度上(并且特别是可以阻止在超导磁性线圈系统中的淬火(quench))。监控装置可以最简单地监控在冷却臂的合适位置上的温度，或则在主动冷却系统上实施合适的电控制测量。通常当监控装置激活泵装置时监控装置还打开在泵装置和空腔之间(例如在泵装置中)的截止阀。

在一个优选的实施方式中，泵装置构成为吸附泵，其泵吸的冷面热耦合到待冷却的物体上，特别是从空腔到泵吸的冷却面的连接管路完全在真空容器的内部延伸。泵吸的冷面例如构成在活性炭或沸石容器中。吸附泵(或低温泵)具有泵吸的冷面或其容器通常与待冷却的物体直接接触。从空腔到容器(吸附容器)中的泵吸的冷却的连接管路(泵管路)优选完全构成在真空容器的内部并且通常具有热交换器，其将抽出的气体在达到容器之前预先冷却。

一种实施方式也是有利的，其中待冷却的物体是低温容器，该低温容器至少部分填充有第二低温流体，特别是在低温容器中设置超导磁性线圈系统。这是常见的低温恒温器结构，其允许设置在低温容器中的结构的可靠和均匀的冷却。低温恒温器装置也允许通过简单(虽然昂贵的)后续填充来自外部存储的液体氦气进行紧急冷却。具有第一低温流体的空腔与具有第二低温流体的低温容器以对流体密封的方式分离。第一和第二低温流体然而可以选择成相同的，例如氦气。通常第一热耦合器件将空腔与低温容器分离。

在一种替代的实施方式中，待冷却的物体是超导磁性线圈系统，其直接设置在真空容器中。超导磁性线圈系统(或其它的待冷却的物体)在该无低温系统中直接设置在真空容器的真空中，这简化了低温恒温器的设计。应当指出，磁性线圈系统可以具有一个壳体；在该壳体中然而没有设置用于冷却的低温流体。

根据本发明的运行方法：

在本发明的范围中也涉及一种用于运行低温恒温器装置、特别是根据本发明的上述的低温恒温器装置的方法，该低温恒温器装置包括真空容器和待冷却的物体、特别是超导磁性线圈系统或低温容器，待冷却的物体设置在真空容器的内部，真空容器具有颈管，该颈管通向待冷却的物体，冷头的冷却臂至少部分设置在颈管中，围绕冷却臂构成封闭的空腔，该空腔相对于待冷却的物体以对流体密封的方式密封，设置第一热耦合器件，其适合于将空腔中的第一低温流体与待冷却的物体热耦合，低温恒温器装置在正常运行中以至少部分填充有第一低温流体的空腔运行，其特征在于，在冷头的冷却功能失效时将空腔抽成真空。通过抽成真空，第一低温流体从空腔中移出，由此冷却臂或冷头与待冷却物体的耦合被取消或强烈减小。空腔填充保持被抽真空的，直至冷头的冷却功能重新建立为止。

本发明的其它优点由说明书和附图得出。同样上述的且还要进一步阐述的特征根据本发明分别单独地或任意组合地应用。示出的和描述的实施方式不是限制性的，而是仅仅用于示例性描述本发明的特征。

附图说明

本发明在附图中示出，并且借助于实施例详细阐述。附图如下：

图1示出根据本发明的低温恒温器装置的第一实施方式的示意横截面，包括直接在真空中作为待冷却的物体的超导磁性线圈；

图2示出根据本发明的低温恒温器装置的第二实施方式的示意横截面，包括作为待冷却的物体的低温容器，其中在低温容器中包含超导磁性线圈；

图3至8示出根据本发明的低温恒温器装置的颈管的区域的示意横截面，分别在左侧在正常运行中并且在右侧在具有泵吸出的空腔的故障情况下，其中：

图3示出具有作为待冷却的物体的磁性线圈装置和直接包围冷却臂的空腔，图4示出作为待冷却的物体的低温容器和直接包围冷却臂的空腔，图5示出直接包围冷却臂的冷却臂容器和包围冷却臂容器的空腔；图6示出直接包围冷却臂的空腔并且示出在空腔的包裹体和颈管的内壁之间的间隙，具有直接的屏蔽体耦合；图7示出直接包围冷却壁的空腔并且示出在空腔的包裹体和颈管的内壁之间的间隙，具有经由第一低温流体的屏蔽体耦合；图8示出直接包围冷却臂的空腔，并且示出空腔包裹体的弹性地长度可变的部段以及在空腔的包裹体和颈管的内壁之间的间隙；

图9示出根据本发明的低温恒温器装置的第三实施方式的示意横截面，具有吸附泵，其泵送的冷面与待冷却的物体热耦合；

图10示出相应于附图3的、根据本发明的低温恒温器装置的颈管的区域内的示意横截面，附加地具有在空腔中的敞开的辐射屏蔽体。

具体实施方式

图1示意示出根据本发明的低温恒温器装置1的第一实施例，包括真空容器2，在该真空容器2的内部形成真空。在真空容器2中在此设置热辐射屏蔽体3(虚线示出)，该热辐射屏蔽体在此包围作为待冷却的物体4的超导磁性线圈系统5。磁性线圈系统5在此直接设置在真空容器2的真空中。

低温恒温器装置1设有室温孔6，通过该室温孔在磁性线圈系统5中心的样品体积7可以被接近。在样品体积7中存在强烈的、静态的接近均匀的磁场b0，其可以用于利用未详细示出的nmr共振器在试样体积7中的试样上进行nmr测量。

通过真空容器2，颈管8通向待冷却的物体4。在示出的实施方式中颈管8同时构成空腔9的包裹体，该空腔直接包围低温恒温器装置1的主动冷却系统的冷却头11的冷却臂10。

空腔9经由泵管路12和截止阀13连接到泵装置14上，利用该泵装置空腔9可以被抽成真空。为了控制截止阀13和泵装置14，设置监控装置17，其也获得冷却头11的温度信息，并且在此在超过极限温度(例如在冷却臂的最低冷级上的10k)时自动打开控制阀13并且激活泵装置14。

在低温恒温器装置1的正常运行中空腔9至少部分利用第一低温流体(未详细示出，但是见图3和接下来的附图)填充，该第一低温流体经由热耦合器件15将冷却臂10与待冷却的物体4耦合。热耦合器件15在此是待冷却物体4的上侧，其同时构成空腔9的包裹体的一部分。在冷却臂10的主动冷却发生故障时，空腔9利用泵装置14抽成真空。通过抽成真空的、在冷却臂10的下端部和热耦合器件15之间的间隔腔16，而后在冷却臂10和待冷却的物体4之间出现很大程度的热解耦。就热解耦时的过程也参照接下的附图3至8。

图2示出根据本发明的低温恒温器装置1的第二实施方式，其基本上对应于根据图1的第一实施方式；因此仅仅阐述主要区别。

在第二实施方式中待冷却的物体4构成为低温容器20，在该低温容器中设置超导的磁性线圈系统5。此外在低温容器20中设置第二低温流体，在此为部分液体的和部分气态的氦气。超导磁性线圈系统5通常至少部分浸入到液体氦中。

热耦合器件15在此通过低温容器的上侧壁的部分构成，其同时限定空腔9。

图3示出根据本发明的基本上对应于图1的实施方式的低温恒温器装置1的颈管8的区域，具有对流体密封的空腔9，其直接包围冷却臂10。在左半部中示出在正常运行中的状态，并且在右侧示出在故障情况下的状态(后者适用于所有的附图3至8和10)。

冷却臂10具有上部的冷级(冷却级)30，其具有上部的接触元件31，该接触元件相对于辐射屏蔽体的屏蔽接触元件32以小的轴向间距对置(见颈管轴线ha)。此外冷却臂10具有下部的冷级(冷却级)33，其相对于热耦合器件15以小的轴向间距对置。耦合器件15在此是热交换器18，热交换器的上侧限定空腔9的下部并且热交换器的下侧贴靠在待冷却的物体4上。

在正常运行中(左侧)在空腔9中存储第一低温流体34，其在空腔9的下部区域中作为第一低温液体35存在并且在空腔中此外作为第一低温气体36存在，该气体通常近似在正常压力下(大约1bar)。第一低温液体35如此之高，使得下部的冷级33浸入到第一低温液体35中。由此在冷却臂10的下部的冷级33和热耦合器件15或待冷却的物体4之间形成强烈的热耦合，其具有传热系数α。气态的低温流体36此外确保在屏蔽接触元件32和上部的接触元件31之间的凑合的热耦合。

在故障情况下(右侧)，在主动冷却失效的情况下，经由泵管路12，空腔9被抽成真空(通常至小于1mbar)。在此液态的第一低温流体35也蒸发。在下部的冷级33和热耦合器件15之间的真空强烈热绝缘地起作用，并且传热系数α’掉落到小于之前的传热系数α的1/100。在屏蔽接触元件32和上部的接触元件31之间的热耦合通过抽成真空的位于之间的轴向间隙强烈减小。由此待冷却的物体4较长时间地保持较冷，特别是低于所包含的超导金属丝的转变温度。

图4示出根据本发明的类似于在附图3中示出的实施方式的低温恒温器装置的颈管8的区域，因此仅仅阐述主要区别。

在此待冷却的物体4为低温容器20，该低温容器填充有第二低温流体40，其部分作为第二低温液体41存在并且部分作为第二低温气体42存在。在低温容器20中设置在此未详细示出的超导的磁性线圈系统。低温容器20中的气体压力可以通过低温容器20中的加热器(未示出)调节。

空腔9的包裹体43在正常运行(左侧)中浸入第二低温液体41中。包裹体43的浸入第二低温液体41中的部分可以在此看成热耦合器件15；附加地在此包裹体43的底部构成为具有加大表面的肋条44的热交换器18。在空腔9中也存在第一低温液体35，该第一低温液体直至下部的冷级33。由此经由热耦合器件15或包裹体43和经由直至冷却臂10的下部的冷级33的第一低温液体35实现非常好的热耦合。

在故障情况下空腔9经由泵管路12抽成真空，其中在空腔9中的第一低温液体35蒸发。最晚当低温容器20中的低温液体1的液面由于低温容器20中的蒸发而掉落到包裹体43的底部的高度之下时，在低温容器20和冷却臂10或其下部的冷却级33之间的热耦合非常小，因为空腔9中的真空不或几乎不传导热量，并且气态的第二低温流体42与液态的第二低温流体41相比显著较差地传导热量。

应当指出，在一个方案中在空腔9中的第一低温流体34可以完全保持气态。在这种情况下空腔9中的气体压力必须调节成相应地较低的，从而在下部的冷却级33上存在的温度时不导致冷凝。

在附图5中示出的实施方式示出根据本发明的低温恒温器装置的颈管8的区域，类似于在图4中示出的实施方式，从而接下来主要阐述区别。

在该实施例中颈管8在外侧构成空腔9的包裹体43的一部分，并且空腔9在内侧通过冷却臂容器50的壁限定，该冷却臂容器包含冷却臂10。空腔9在此也间接地包围冷却臂10。

空腔9在正常运行中(左侧)填充第一低温流体34，其在此部分作为第一低温液体35，从而冷却臂容器50浸入第一低温液体35中。包裹体43也浸入到低温容器20中的第二低温液体41中。在冷却臂容器50中设置第三低温流体51，其部分作为第三低温液体52并且部分作为第三低温气体53(大约1bar)存在。第三低温流体51可以经由流体入口/过压出口58被填充到冷却臂容器50中或由该冷却臂容器中排出；必要时在流体入口/过压出口58上设置过压阀(未详细示出)。冷却臂10的最下部的冷级33浸入到第三低温液体52中。在正常运行中由此得到第二低温液体41经由包裹体43或第一热耦合器件15、第一低温液体35、冷却臂容器50的壁或第二热耦合器件54和第三低温液体52到冷却臂10或其最下部的冷级33的良好的热耦合。

在故障情况下(右侧)包围冷却臂容器50的空腔9被抽真空；应当指出，屏蔽接触元件32具有贯穿口(例如轴向孔)，从而空腔9的下部部分也经由泵管路12可抽成真空。通过冷却臂10的发热，在冷却臂容器50中包含的第三低温液体52被加热和蒸发；留下一些在正常压力下的气体。通过加热和蒸发，低温容器20中的第二低温液体41的液面也下降。而后然而在低温容器20和冷却臂10之间的热耦合仍然仅如此之小，因为低温容器20中的低温气体42以及空腔9中的真空是相对较差的热导体。空腔9也称为热控开关。

在该实施方式中在冷却头11和冷却臂容器50之间的环形间隙56可以利用柔性的膜片57覆盖，以便相对于环境59密封冷却臂容器50的内部。由于在冷却臂容器50中的大约1bar的气体压力(即对应于环境压力)，柔性的膜片57可以保持几乎无机械张力，从而冷却头11与隔振的安装相结合可以在机械上与低温恒温器装置的其余部分良好脱耦。由此可以很容易地实现干扰低的特别是高分辨率的nmr测量。

在图6中示出类似于图4的一个实施方式，从而也主要阐述区别。空腔9在此直接包围冷却臂10，其中空腔9的包裹体43沿着径向方向与颈管8的内壁隔开距离。

由此得到在包裹体43和颈管8的内壁之间的间隙60。该间隙60向下朝向低温容器20敞开地构成，从而间隙60填充第二低温流体40，即填充第二低温气体42(大约1bar)。经由供给管路64待导入或待返回的低温流体(氦气)可以被导入间隙60中，该低温流体而后可以在包裹体43的外侧上冷凝并且滴落到低温容器20中(替代地低温流体40也可以在低温恒温器的其他位置上返回、即不是沿着冷却臂10，并且优选而后利用逆流热交换器，其利用由焦耳-汤姆孙制冷机泵出的氦气的热函以便冷却返回的氦气，这未详细示出)。

在正常运行中(左侧)空腔9填充第一低温流体34，在此部分作为第一低温液体35。在故障情况下(右侧)空腔9经由泵管路12抽成真空，以便减小从低温容器20至冷却臂10的热耦合，如在图4中阐述的。

间隙60朝向环境(向上)利用柔性的膜片61覆盖，以便密封在冷却头11(或包裹体43的上部部分)和颈管8(或低温恒温器的其余部分)之间的环形间隙63。因为在间隙60中存在1bar的气体压力(即大致等于环境压力)，所以柔性的膜片57可以保持几乎无机械张力，这减小了机械振动的传递。在冷却头11的隔振安装的情况下，可以实现nrm测量，其在机械振动方面几乎是无干扰的。

在示出的构造形式中上部的冷却级30的上部的接触元件31贴靠在包裹体43的中间接触元件62上。该中间接触元件62与屏蔽接触元件32对置。由此在正常运行中和在故障情况下在屏蔽接触元件32上的辐射屏蔽体和冷却臂10上的上部冷级30之间形成相对强烈的热耦合。

替代地也可能的是，如在附图7的实施方式中示出，其基本上与图6的结构方式相对应，从而仅仅阐述主要区别，将上部的冷级30(在此沿轴向)与中间接触元件62间隔开设置。在这种情况下在上部的冷级30或其上部接触元件31和中间接触元件62之间的热耦合与在空腔9中的气体压力相关。在正常运行中第一低温流体34、即第一低温气体36确保凑合的热耦合。在故障情况下，在空腔9抽成真空时，由于在上部接触元件31和中间接触元件62之间的间隔空间中的真空是较小的。

在图8中示出的实施方式中，其也类似于图6和7中示出的实施方式，从而主要阐述区别，包裹体43具有弹性地长度可变的部段70，从而包裹体43的沿着轴向方向(见颈管轴线ha)到低温容器20中的总体延伸长度是可变的。此外，包裹体43在示出的结构形式中具有向内包围上部的冷却级30的上部的接触元件31的中间接触元件62。

在正常运行中(左侧)在此(位置固定的)冷却臂10的上部的冷级30的上部的接触元件31的上侧在上部贴靠在中间接触元件62上，由此在上部的冷级30和中间接触元件62之间建立良好的热接触。此外，中间接触元的下部部分以短的轴向距离与屏蔽接触元件32对置，从而(经由第二低温流体40的第二低温气体42)也形成从中间接触元件62到辐射屏蔽体的良好的热接触。在空腔9中的第一低温流体34的相对高的气体压力在此将包裹体43的下部部分向下压入到(位置固定的)低温箱体20中。

在故障情况下(右侧)空腔9被抽成真空。弹性地长度可变的部段70由于空腔9中消失的气体压力而收缩并且包裹体43的下部部分连同中间接触元件62稍微被抬起。由此上部的接触元件31和中间接触元件62的接触贴靠丧失。另外一方面，屏蔽接触元件32和中间接触元件62相互间距加大。由此上部的冷级30和射束接触元件32上的辐射屏蔽体之间的热耦合强烈减小。相应地低温恒温器装置的通过发热的冷却臂10引起的热负载进一步被减小。

类似于图2所示，在图9中示出本发明的低温恒温器装置的第三实施方式，尤其是阐述主要区别。

在此特别是泵装置14作为吸附泵90构成，包括具有活性炭或沸石填充物的容器91，由此形成用于低温流体的大的吸附面。容器91设置在待冷却的物体4(在此为低温容器20)的外侧上，在低温容器中定位超导磁性线圈装置5。相应地容器91处于低温温度上并且提供泵吸的冷面。从空腔9(其在此直接包围冷却臂10并且基本上通过颈管8构成)出发，连接管路(泵管路)92经由截止阀93和热交换器94引导至容器91。连接管路92在此完全在真空容器2内延伸，由此连接管路92被很好地热绝缘。

在故障情况下截止阀93利用控制装置97(其例如可以机械地、电地或气动地构成)打开，并且第一低温流体从空腔9流入容器91中并且在那里凝结。吸附泵90在线不需要工作电流，从而当主动冷却基于电流中断而失效时该原理也可以很好地应用。截止阀93必要时也可以手动打开。

吸附泵90在此也配备加热器95，利用该加热器，容器91可以被加热，这重新释放凝结的流体，由此容器91可以被重生。

低温恒温器装置1在此具有附加的回流颈管96，通过该回流颈管低温容器20可被接近，该回流颈管可以被用来输入或导回第二低温流体(例如氦气)。

类似于图3所示，图10示出根据本发明的低温恒温器装置的颈管8的区域，从而为此仅仅阐述主要区别。

在对流体密封的空腔9中设置敞开的辐射屏蔽体98，利用该辐射屏蔽体封锁从在故障情况下发热的构件(在此为冷却臂10)向第一热耦合器件15中的直接热辐射输入。

辐射屏蔽体98为此包围冷却臂10的下部部分(在此近似下半部)并且特别是也包围下部的冷级33。辐射屏蔽体98一方面向上(朝向上部的冷却级30)敞开，然而也向下对于流体而言是可透过的，从而特别是第一低温液体35可以从下方流到辐射屏蔽体98的内部或也可以重新流出。辐射屏蔽体98的第一部分98a为此是杯状地向下敞开的，在底侧上构成有至少一个开口99。辐射屏蔽体98的第二部分98b设置在所述至少一个开口99之前，从而所述至少一个开口99被遮暗，特别是就热交换器18或第一热耦合器件15的整个宽度而言。

由此在故障运行时阻止冷却臂10的热辐射通过所述至少一个开口99直接输入到热交换器18中。辐射屏蔽体98的第二部分98b在此在轴向上与第一部分98a隔开距离，从而第一低温液体35尽管由于该遮暗仍然可以从侧面渗入到第二部分98b和第一部分98a之间并且到达开口99，并且特别是在正常运行中可以实现对流流动。

附图标记清单

1低温恒温器装置

2真空容器

3热辐射屏蔽体

4待冷却的物体

5超导磁性线圈系统

6室温孔

7试样体积

8颈管

9空腔

10冷却臂

11冷却头(冷头)

12泵管路

13截止阀

14泵装置

15第一热耦合器件

16间隔腔

17监控装置

18热交换器

20低温容器

30上部的冷级(冷却级)

31上部的接触元件

32屏蔽接触元件

33下部的冷级(冷却级)

34第一低温流体

35第一低温液体

36第一低温气体

40第二低温流体

41第二低温液体

42第二低温气体

43包裹体

44肋条

50冷却臂容器

51第三低温流体

52第三低温液体

53第三低温气体

54第二热耦合器件

56(在冷却臂容器上的)环形间隙

57(在冷却臂容器上的)柔性的膜片

58流体入口/过压出口

59环境

60间隙

61(在间隙上的)柔性的膜片

62中间接触元件

63(在间隙上的)环形间隙

64供给管路

70弹性地长度可变的部段

90吸附泵

91用于泵吸的冷面的容器

92连接管路(泵管路)

93截止阀

94热交换器

95加热器

96附加的返回颈管

97控制装置(用于截止阀)

98敞开的辐射屏蔽体

98a辐射屏蔽体的第一部分

98b辐射屏蔽体的第二部分

99开口

b0磁场

ha颈管轴线