Kryostaatti

Kryostaatti on laite jolla haluttua laitetta tai materiaalia jäähdytetään ja pidetään kryogeenisessä lämpötilassa. Matala lämpötila voidaan saada aikaan erilaisilla jäähdytysmenetelmillä. Tavanomaisimmin käytetään nestemäistä heliumia. Siksi kryostaatti on usein rakennettu tyhjiöastian tai heliumsäiliön sisälle. Kryostaatteja käytetään tieteellisessä tutkimuksissa, teknisten laitteiden osina ja lääketieteellisissä kuvantamislaitteissa. Suomalainen tutkimusyhteisö on ollut alalla aktiivinen vuosikymmenten ajan.

Tyypit

Kryostaatti koostuu yksinkertaisimmillaan nesteheliumkylpyyn upotetusta kylmäasteesta, johon jäädytettävä kohde asetetaan. Näin saavutetaan 4,2 Kelvinin lämpötila. Mikäli heliumkaasuja pumpataan tyhjiöpumpulla saavutetaan noin 1 Kelvinin lämpötila. Nykyisillä ns. kuivilla kryostaateilla, jotka perustuvat suljetun heliumkierron järjestelmään ja ns. kryopumppuihin voidaan saavuttaa sama lämpötila-alue ilman hankalaa kryogeenisten nesteiden käsittelyä, mutta jäähdytysteho on pienempi.

Kryostaattiin voidaan liittää useampia asteita, jolloin päästään vielä selvästi nesteheliumin kiehumispistettä matalampiin lämpötiloihin. Yleisin tapa on käyttää suljettua helium-seoksen (He4-He3) kiertoon perustuvaa laimennusjäähdytystä, jolloin saavutetaan millikelvin-alueen lämpötila-alue. Vieläkin kylmempään päästään jäähdyttämällä atomien ytimiä magneettisesti. Tämä menetelmä perustuu tiettyjen magneettisien suolojen adiabaattiseen demagnetointiin.

Tyypillinen viime vuosina valmistettu kryostaatti on eristetty huoneenlämpötilasta verrattain ohuella tyhjiövaipalla. Tyhjiövaippa valmistetaan tavanomaisesti ruostumattomasta teräksestä, jonka sisäseinille on asennettu ns. supereristettä. Tämä yksinkertainen rakenne on korvannut ennen käytössä olleet monikerroksiset rakenteet ja nestemäisen typen käytön.