방법 논문

높은 반복률을 위한 극저온 액체 제트 디스커버리 사이언스

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DOI:

10.3791/61130

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2020년 5월 9일

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1SLAC National Accelerator Laboratory, 2University of Alberta, 3Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 4European XFEL, 5Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, 6Technische Universität Dresden, 7Technische Universität Darmstadt

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 미크론 규모의 원통형 및 평면 극저온 액체 제트의 작동과 원리를 제시합니다. 지금까지 이 시스템은 레이저 플라즈마 실험에서 높은 반복률 표적으로 사용되어 왔습니다. 예상되는 학제 간 응용 분야는 실험실 천체 물리학에서 재료 과학, 그리고 궁극적으로 차세대 입자 가속기에 이르기까지 다양합니다.

초록

이 프로토콜은 연속적인 미크론 크기의 극저온 원통형 및 평면 액체 제트의 작동에 대한 자세한 절차를 제시합니다. 여기에 설명 된대로 작동 할 때, 제트는 센티미터에 대해 높은 층류 성 및 안정성을 나타낸다. Rayleigh 체제에서 극저온 액체 제트를 성공적으로 작동하려면 극저온에서 유체 역학 및 열역학에 대한 기본적인 이해가 필요합니다. 이론적 계산과 일반적인 경험적 값은 비교 가능한 시스템을 설계하기 위한 지침으로 제공됩니다. 이 보고서는 극저온 소스 조립 중 청결도와 액화 후 극저온 소스 온도의 안정성의 중요성을 식별합니다. 이 시스템은 높은 반복률의 레이저 구동 양성자 가속에 사용할 수 있으며 양성자 치료에 계획된 응용 프로그램이 있습니다. 다른 응용 분야로는 실험실 천체 물리학, 재료 과학 및 차세대 입자 가속기가 있습니다.

서론

이 방법의 목표는 순수 원소 또는 화합물로 구성된 고속의 극저온 액체 흐름을 생성하는 것입니다. 극저온 액체는 주변 온도 및 압력에서 증발하기 때문에 높은 반복률(예: 1kHz)로 작동하여 잔류 샘플을 진공 챔버(1)에서 완전히 배출할 수 있습니다. Grisenti et al.의 초기 작업을 기반으로 합니다.도 2를 참조하면, 이 시스템은 고강도 레이저 구동 양성자 가속을 위해 극저온 수소를 사용하여 처음 개발되었다3. 그 후 다른 가스로 확장되어 이온 가속4,5, 플라즈마 불안정성6, 수소7 및 중수소의 빠른 결정화 및 상전이, LCLS(Linac Coherent Light Source)9의 극한 조건의 물질(MEC) 기기에서 아르곤의 음향파를 분해하기 위한 meV 비탄성 X선 산란8과 같은 플라즈마 물리학의 질문에 답하는 등 여러 실험에 사용되었습니다.

지금까지 반복률이 높은 고체 극저온 수소 및 중수소 샘플을 생성하기 위한 다른 대체 방법이 개발되었습니다. Garcia et al. 수소가 저장소에서 액화 및 응고되고 구멍(10)을 통해 압출되는 방법을 개발했다. 압출에 필요한 높은 압력으로 인해, (현재까지) 입증된 최소 시료 두께는 62 μm이다11. 이 시스템은 또한 큰 공간 지터(12)를 나타낸다. 보다 최근에, Polz et al. 435psig(제곱인치당 파운드, 게이지)의 샘플 가스 배압 압력을 사용하여 유리 모세관 노즐을 통해 극저온 수소 제트를 생성했습니다. 그 결과 생성된 10μm 원통형 제트는 연속적이지만 높은 잔물결이 나타납니다13.

여기에 제시된 것은 다양한 종횡비(1-7μm x 10-40μm)를 가진 원통형(직경 = 5-10μm) 및 평면 제트를 생성하는 방법입니다. 포인팅 지터는 조리개(5)로부터의 거리의 함수로서 선형적으로 증가한다. 유체 특성과 상태 방정식은 이 시스템에서 작동할 수 있는 원소와 화합물을 결정합니다. 예를 들어, 메탄은 레일리 해체로 인해 연속적인 제트를 형성할 수 없지만, 물방울(14)로서 사용될 수 있다. 또한 최적의 압력 및 온도 조건은 조리개 치수에 따라 크게 다릅니다. 다음 단락은 층류, 난류가 없는 극저온 수소 제트를 생산하는 데 필요한 이론을 제공합니다. 이것은 다른 가스로 확장될 수 있습니다.

극저온 제트 시스템은 (1) 샘플 가스 전달, (2) 진공, (3) 저온 유지 장치 및 극저온 소스의 세 가지 주요 하위 시스템으로 구성됩니다. 그림 1 에 묘사된 시스템은 다양한 진공 챔버에 설치하기에 매우 적합하도록 설계되었습니다.

가스 공급 시스템은 초고순도 압축 가스 실린더, 가스 조절기 및 질량 유량 컨트롤러로 구성됩니다. 샘플 가스의 배압 압력은 가스 조절기에 의해 설정되는 반면, 질량 유량 컨트롤러는 시스템으로 전달되는 가스 유량을 측정하고 제한하는 데 사용됩니다. 샘플 가스는 먼저 액체 질소 콜드 트랩에서 여과되어 오염 가스와 수증기를 동결시킵니다. 두 번째 인라인 미립자 필터는 이물질이 가스 라인의 마지막 부분으로 들어가는 것을 방지합니다.

고속 펌핑 스크롤 펌프가 장착된 터보 분자 펌프는 시료 챔버에서 높은 진공 상태를 유지합니다. 챔버 및 포어라인 진공 압력은 각각 진공 게이지 V1 및 V2를 사용하여 모니터링됩니다. 극저온 제트를 작동하면 액체가 기화될 때 상당한 가스 부하(전체 샘플 흐름에 비례)가 진공 시스템에 도입된다는 점에 유의해야 합니다.

가스 부하를 줄이는 입증된 방법은 대량 기화가 발생하기 전에 잔류 액체를 포집하는 것입니다. 제트 캐처 시스템은 극저온 소스 캡에서 최대 20mm까지 위치한 ø800μm 차동 펌핑 구멍으로 종단되는 독립적인 진공 라인으로 구성됩니다. 라인은 1 x 10-2mBar 범위에서 최적의 효율을 나타내는 펌프(예: 루츠 블로어 진공 펌프 또는 하이브리드 터보 분자 펌프)로 배출되고 진공 게이지 V3로 모니터링됩니다. 최근에는 캐처를 통해 최대 7 μm x 13 μm의 극저온 수소 제트를 진공 챔버 압력을 두 배나 개선하여 작동할 수 있게 되었습니다.

고정된 길이의 연속 흐름 액체 헬륨 저온 유지 장치는 소스를 극저온으로 냉각하는 데 사용됩니다. 액체 헬륨은 이송 라인을 사용하여 공급 듀어에서 끌어옵니다. 리턴 흐름은 냉각 전력을 조절하기 위해 조정 가능한 유량계 패널에 연결됩니다. 콜드 핑거와 극저온 소스의 온도는 4개의 리드 실리콘 다이오드 온도 센서로 측정됩니다. 비례 적분 미분(P-I-D) 온도 컨트롤러는 콜드 핑거 근처에 설치된 히터에 가변 전압을 전달하여 온도를 조정하고 안정화합니다. 샘플 가스는 저온 유지 플랜지의 맞춤형 피드스루를 통해 진공 챔버로 들어갑니다. 챔버 내부에서 가스 라인은 극저온 소스 어셈블리의 고정 가스 라인에 연결하기 전에 가스를 예냉하기 위해 저온 유지 장치를 감쌉니다. 스테인리스 스틸 나사와 51μm 두께의 인듐 층이 극저온 소스를 차가운 손가락에 열적으로 밀봉합니다.

극저온 소스(그림 2)는 (1) 샘플 가스 라인, (2) 소스 본체, (3) 인라인 미립자 필터가 있는 소스 플랜지, (4) 조리개, (5) 페룰, (6) 캡의 6가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 소스 본체에는 샘플 저장소 역할을 하는 보이드가 포함되어 있습니다. 스웨즈락 소결 0.5μm 스테인리스강 필터는 파편이나 응고된 오염 물질이 액체 채널로 들어가 구멍을 막는 것을 방지합니다. 더 두꺼운 76μm 두께의 인듐 링이 조리개와 액체 채널 사이에 배치되어 변형 길이를 늘리고 조리개를 안정적으로 밀봉합니다. 캡이 소스 플랜지에 나사산으로 연결되면 인듐이 압축되어 액체 및 열 밀봉을 형성합니다. 페룰과 소스 캡은 설치 중에 조리개 중앙에 위치합니다.

연속적인 층류 체제에서 작동하는 극저온 액체 제트를 위한 시스템의 초기 설계에는 여러 가지 전반적인 고려 사항이 있습니다. 사용자는 저온 유지 장치의 총 냉각 전력, 극저온 소스 설계의 열 특성, 진공 시스템 성능, 액체 온도 및 압력을 추정해야 합니다. 아래는 필요한 이론적 틀입니다.

냉각 전력 고려 사항

1) 수소 액화15: 수소를 300K에서 온도 figure-introduction-1 로 액화하는 데 필요한 최소 냉각 전력은 다음 방정식을 사용하여 대략적으로 추정할 수 있습니다.
figure-introduction-2

여기서: figure-introduction-3 는 일정한 압력에서의 비열이고figure-introduction-4, 압력 figure-introduction-5의존적 액화 온도에서 figure-introduction-6H의 기화 잠열이다. 예를 들어, 60psig 가스 압력에서 작동하고 17K로 냉각되는 극저온 수소 제트에는 최소 4013kJ/kg이 필요합니다. 수소 가스 흐름이 150sccm(초당 표준 입방 센티미터)인 경우 이는 0.9W의 figure-introduction-7 열에 해당합니다.

액화 공정은 필요한 총 냉각 전력의 1/10에 불과하다는 점에 유의해야 합니다. 저온 유지 장치의 열 부하를 줄이기 위해 가스를 소스 본체에 들어가기 전에 중간 온도로 예냉각할 수 있습니다.

2) 복사열: 극저온 소스를 온도 figure-introduction-8로 유지하려면 저온 유지 장치가 복사 가열을 보상해야 합니다. 이것은 다음 방정식을 사용하여 방출된 흑체 복사와 흡수된 흑체 복사의 차이를 균형있게 조정하여 추정할 수 있습니다.
figure-introduction-9

여기서: A는 소스 본체의 면적이고, 는 스테판-볼츠만 상수이며figure-introduction-10, figure-introduction-11 는 진공 챔버의 온도입니다. 예를 들어, 17K로 냉각된 A = 50cm2의 일반적인 제트 소스에는 2.3W의 최소 냉각 전력이 필요합니다. figure-introduction-12 극저온 소스의 상당 부분을 덮는 능동적으로 냉각된 방사선 차폐를 추가하여 국부적으로 감소시킬 수 있습니다.

3) 잔류 가스 전도 : 초고진공 조건에서는 열 복사가 지배적이지만 제트 작동 중에 잔류 가스의 전도로 인한 기여는 무시할 수 없습니다. 액체 제트는 챔버에 상당한 가스 부하를 도입하여 진공 압력을 증가시킵니다. 압력 p 에서 가스의 열전도로 인한 순 열 손실은 다음 방정식을 사용하여 계산됩니다.
figure-introduction-13

여기서: figure-introduction-14 는 기체 종에 따른 계수(H2의 경우 ~3.85 x 10-2 W/cm2/K/mBar)이며figure-introduction-15, 는 기체 종, 공급원의 기하학적 구조, 공급원 및 기체의 온도에 따라 달라지는 수용 계수이다16,17. 17K에서 극저온 수소 제트를 작동할 때 소스의 원통형 기하학적 구조와 수소가 진공 챔버에 존재하는 주요 가스라고 가정하면 가스 전도는 다음 방정식을 사용하여 추정할 수 있는 열을 생성합니다.
figure-introduction-16

예를 들어, 4.2 x 10-3mBar 의 진공 압력에서 가스 전도는 열 복사만큼 많은 열을 생성합니다. 따라서 진공 압력은 일반적으로 제트 작동 중에 1 x 10-3mBar 미만으로 유지되어 시스템에 ~0.55W의 열 부하를 추가합니다(A = 50cm2).

작동 중에 챔버에 도입 된 가스 부하는 극저온 제트의 흐름에 의해 얻어진다. 결과 진공 압력은 진공 시스템의 유효 펌핑 속도와 진공 챔버의 부피에 의해 결정됩니다.

극저온 제트를 작동하려면 저온 유지 장치가 위의 다양한 열원(예: 3.75W)을 보상할 수 있는 충분한 냉각 전력을 생성해야 하며, 이는 저온 유지 시스템 자체의 열 손실을 포함하지 않습니다. 저온 유지 장치 효율은 원하는 차가운 손가락 온도에 크게 의존합니다.

제트 매개변수 추정

연속적인 층류를 설정하려면 몇 가지 조건이 충족되어야 합니다. 간결함을 위해 원통형 액체 흐름의 경우가 여기에 표시됩니다. 평면 제트의 형성은 추가적인 힘을 수반하며, 그 결과 이 논문18의 범위를 벗어나는 더 복잡한 유도가 이루어진다.

1) 압력-속도 관계: 비압축성 액체 흐름의 경우 에너지 보존은 다음과 같이 베르누이 방정식을 산출합니다.
figure-introduction-17

여기서 는 유체 원자 밀도, 는 유체 속도, figure-introduction-18 는 중력 위치 에너지, figure-introduction-19 p는 figure-introduction-20 압력입니다. 조리개 전체에 베르누이 방정식을 적용하면 다음 방정식을 사용하여 제트 속도와 샘플 배압 압력 간의 기능적 관계를 추정할 수 있습니다.
figure-introduction-21

2) 제트 작동 체제: 원통형 액체 제트의 체제는 레이놀즈 및 오네소르게 수를 사용하여 추론할 수 있습니다. 유체 내의 관성력과 점성력 사이의 비율로 정의되는 레이놀즈 수는 다음 방정식을 사용하여 계산됩니다.
figure-introduction-22

여기서, , figure-introduction-23figure-introduction-24figure-introduction-25, 는 figure-introduction-26 각각 유체의 밀도, 속도, 직경 및 동적 점도입니다. 층류는 레이놀즈 수가 ~2,000 미만일 때 발생합니다. 유사하게, Weber 수는 관성의 상대적 크기를 표면 장력과 비교하고 다음 방정식을 사용하여 계산됩니다.
figure-introduction-27

위치: σ 액체의 표면 장력입니다. 그런 다음 Ohnesorge 수는 다음과 같이 계산됩니다.
figure-introduction-28

이 속도 독립적 양은 레이놀즈 수와 함께 사용되어 (1) 레일리, (2) 첫 번째 바람 유도, (3) 두 번째 바람 유도 및 (4) 분무의 네 가지 액체 제트 영역을 식별합니다. 층류 난류가 없는 극저온 액체 흐름의 경우, 파라미터는 레일리 체제(19) 내에서 작동하도록 선택되어야 한다(즉, figure-introduction-29). 이 체제에서, 유체 컬럼은 다음과 같이 추정되는 소위 온전한 길이까지 매끄러운 표면으로 연속적으로 유지됩니다20 :
figure-introduction-30

60psig 및 17K에서 작동하는 5μm 직경의 원통형 극저온 수소 제트에 대한 다양한 유체 매개변수가 그림 3에 요약되어 있습니다. 더 먼 거리 동안 연속 제트를 유지하려면 액체가 액체-고체 상전이에 충분히 가깝게 냉각되어야 하며(그림 4) 제트가 진공 상태에서 전파되면 발생하는 증발 냉각이 레일리 해체 3,21이 시작되기 전에 제트를 고형화합니다.

프로토콜

다음 프로토콜은 17K, 60psig에서 작동하는 5μm 직경의 원통형 극저온 수소 제트의 조립 및 작동을 예로 들어 자세히 설명합니다. 이 플랫폼을 다른 조리개 유형 및 가스로 확장하려면 다양한 압력과 온도에서 작동해야 합니다. 참고로 다른 제트기의 작동 매개변수는 표 1에 나열되어 있습니다. 섹션 1-3 및 섹션 7은 상온 및 압력에서 수행되고 섹션 4-6은 고진공에서 수행됩니다.

1. 진공 챔버에 저온 유지 장치 설치

주의 : 진공 용기는 붕괴, 백필 가압으로 인한 파열 또는 진공 창 고장으로 인한 파열로 인해 인력과 장비에 위험할 수 있습니다. 압력 릴리프 밸브와 파열 디스크는 과압을 방지하기 위해 극저온 시스템 내의 진공 용기에 설치해야 합니다.

  1. 저온 유지 장치를 진공 챔버에 조심스럽게 삽입합니다. 안정화 플랫폼을 사용하여 진공 챔버에서 저온 유지 장치를 진동으로 분리합니다.
  2. 진공 테스트를 수행하여 우리가 발견한 기준 진공 압력이 ~5 x 10-5mBar 보다 좋아야 합니다. 잔류 가스 분석기(RGA)는 시스템에 존재하는 수분 및 오염 가스를 식별하는 데 도움이 되는 경우가 많습니다.
  3. 온도 컨트롤러와 히터를 저온 유지 장치에 연결하고 주변 온도에서 정확한 판독값을 확인합니다.
    1. 예기치 않은 값이 측정되면 온도 센서에서 온도 컨트롤러의 올바른 단자까지의 연속성을 확인하십시오. 그렇지 않으면 온도 센서를 교체하십시오.
  4. 헬륨 회수 라인을 조정 가능한 유량계 패널에 연결합니다.
  5. 건식 스크롤 펌프로 뒷받침되는 터보 분자 펌프를 사용하여 이송 라인의 절연 진공 슈라우드를 1 x 10-2mBar 이상으로 비웁니다.
  6. 극저온 진공 그리스를 저온 유지 장치 헤드 내부의 O-링에 얇게 바릅니다.
  7. 조정 나사가 저온 유지 장치 헤드에 닿을 때까지 이송 라인 냉장고 총검을 저온 유지 장치에 천천히 삽입합니다. 최소한의 저항이 있어야합니다. 조정 나사를 조여 냉장고 총검의 니들 밸브를 원하는 위치로 설정하세요.
  8. 저온 유지 장치 성능 테스트를 수행하여 달성 가능한 최저 온도로 냉각하여 온도 센서의 신뢰성을 검증합니다. 냉각 중에 예상치 못한 온도가 측정되면 온도 센서가 저온 유지 장치와 잘 접촉하는지 육안으로 검사하십시오. 필요한 경우 접촉을 개선하기 위해 극저온 진공 그리스를 재배치하고 적용하십시오.
  9. 그림 1의 P&ID 다이어그램에 따라 샘플 가스 라인을 조립합니다. 고감도 누출 감지기를 사용하여 누출을 식별하십시오.
    주의 : 수소, 중수소 및 메탄은 매우 가연성 가스입니다. 압력과 물리적 위험을 견딜 수 있도록 설계된 배관 및 장비를 사용하십시오. 농도를 폭발 한계 이하로 유지하려면 국소 배기 또는 환기가 필요합니다. 다른 가스에 이 절차를 적용하기 전에 관련 안전보건자료(SDS)를 참조하십시오.
  10. 연속 흐름 퍼지 기술에 따라 가스 라인을 퍼지하여 오염 가스와 수증기를 샘플 가스의 순도로 희석합니다. 총 시간은 가스 라인의 부피와 주어진 배압 압력에서의 가스 흐름에 따라 다릅니다.
    주의 : 라인을 퍼지하는 동안 가연성 가스의 축적을 방지하기 위해 진공 챔버가 적절하게 환기되거나 진공 상태로 유지되는지 확인하십시오.
  11. 초기 퍼지가 완료된 후 라인에 일정한 양압(예: 50psig에서 30sccm)을 유지하여 진공 챔버가 주변 압력에 있을 때 오염 가스가 라인으로 유입될 위험을 완화합니다.

2. 극저온 소스 구성 요소의 설치

알림: 극저온 소스 구성 요소의 모든 준비 및 조립은 적절한 클린룸 의류(예: 장갑, 머리망, 실험복 등)를 사용하여 깨끗한 환경에서 수행해야 합니다.

  1. 간접 초음파 세척을 사용하여 극저온 소스 구성 요소에서 오염 물질(예: 잔류 인듐)을 제거합니다.
    1. 초음파 처리기를 증류수로 채우고 계면 활성제를 첨가하여 물의 표면 장력을 줄입니다.
    2. 극저온 소스 부품을 개별 유리 비커에 넣고 전자 등급 이소프로판올에 완전히 담그고 비커를 알루미늄 호일로 느슨하게 덮어 증발을 줄이고 입자 오염을 방지합니다.
    3. 캐비테이션을 최대화하기 위해 청소 바구니에 비커를 넣거나 초음파 처리기에 비커 스탠드를 놓습니다. 비커는 초음파 처리기의 바닥에 닿지 않아야 합니다.
    4. 60 분 동안 초음파 처리기를 활성화하십시오.
    5. 밝은 백색광을 사용하여 이소프로판올에 부유 입자 또는 잔류물이 있는지 검사합니다.
    6. 입자가 보이면 깨끗한 이소프로판올로 부품을 헹구고 이소프로판올 수조를 교체하십시오. 입자나 잔류물이 보이지 않을 때까지 60분 주기로 초음파 처리합니다.
    7. 조립하기 전에 최소 30분 동안 건조시키기 위해 덮개가 있는 깨끗한 표면에 부품을 놓습니다.
  2. 스테인리스 스틸 필터, 소스 캡, 페룰 및 조립 나사에 대해 섹션 2.1을 반복합니다.
  3. 극저온 소스 본체와 저온 유지 장치의 차가운 손가락 사이의 접합부를 최대한 덮기 위해 인듐 조각을 자릅니다.
  4. 인듐을 극저온 소스에 놓고 저온 유지 장치의 차가운 손가락과 같은 높이로 잡습니다. 고정 나사를 조여 인듐이 평평하게 유지되도록 하여 구성 요소 사이에 열 밀봉을 설정합니다. 구리 나사산이 쉽게 손상되므로 너무 조이지 마십시오.
  5. 나사산 스테인리스 스틸 필터를 극저온 소스 플랜지에 나사로 고정합니다.
  6. 소스 플랜지에 인듐 개스킷을 놓습니다. 플랜지 나사를 사용하여 소스 플랜지를 극저온 소스 본체에 부착합니다. 나사를 둘레를 순차적으로 조이지 않고 대각선으로 조입니다.
  7. 샘플 가스 라인을 저온 유지 장치의 극저온 소스에 연결합니다. 고감도 누출 감지기를 사용하여 누출을 확인하십시오.

3. 조리개 설치

  1. 실험 요구 사항에 따라 조리개를 선택합니다.
    1. 명시야 및 암시야 현미경 기법을 사용하여 조리개를 검사하여 조리개의 결함, 물리적 장애물 또는 잔류 포토레지스트를 식별합니다.
    2. 일부 물리적 장애물은 이소프로판올로 헹굴 때 쉽게 제거할 수 있습니다. 그렇지 않으면 조리개를 버리십시오.
    3. 구멍의 나노 제조에서 잔류 포토 레지스트가있는 경우 아세톤 욕조 또는 피라냐 용액을 사용하여이를 제거하십시오.
      주의 : 3 : 1 황산 (H 2 SO4)과 과산화수소 (H 2O2)로 구성된 피라 냐 용액은 피부와 호흡기를 포함한 유기 물질에 매우 부식성이 있습니다. 피라냐와 유기 물질의 반응은 가스를 방출하여 폭발 할 수 있습니다. 피라냐가 들어있는 용기를 밀봉하지 마십시오. 전면 보호대, 내화학성 앞치마, 실험복 및 네오프렌 장갑이 필요합니다.
  2. 전자 등급 이소프로판올로 조리개를 헹구어 이물질이나 표면 오염을 제거합니다. 설치하기 전에 깨끗하고 덮인 표면에서 조리개를 10분 동안 건조시키십시오.
  3. 페룰을 캡 안에 넣습니다.
  4. 깨끗하고 끝이 부드러운 핀셋을 사용하여 구멍을 페룰 내부에 놓습니다. 캡을 두드려 구멍을 페룰의 중앙에 맞춥니다.
  5. 조리개 위에 인듐 링을 떨어뜨립니다. 다시 캡의 가장자리를 두드려 인듐 링을 조리개 중앙에 놓습니다.
  6. 최소한의 저항이 감지될 때까지 캡을 소스 플랜지에 손으로 조입니다.
  7. 설정값을 500sccm으로 높여 질량 유량 컨트롤러의 유량을 제한하고 압력 조절기에서 가스 압력을 ~50psig로 설정합니다.
  8. 유속이 감소하기 시작할 때까지 렌치를 사용하여 한 번에 몇 도씩 조리개를 섬세하게 조입니다.
  9. 질량 유량 컨트롤러 대신 고감도 누출 감지기로 캡 상단의 누출률을 확인하여 캡 조임을 마칩니다. 조여도 측정된 누출률이 더 이상 감소하지 않으면 중지하십시오.
  10. 유속이 약 50sccm 아래로 떨어지지 않으면 다음 단계를 진행하십시오.
    1. 누출 감지기를 사용하여 소스 플랜지와 캡 주변의 누출을 확인하십시오. 소스 플랜지의 나사를 다시 조이고 누출률을 다시 측정합니다.
    2. 캡을 제거하고 소스 플랜지의 구멍과 팁을 검사합니다.
    3. 조리개가 손상된 경우 2.2단계에 따라 캡을 청소하고 섹션 3을 반복합니다.
    4. 인듐 링이 조리개에 고정되어 있으면 조리개를 버리고 섹션 3을 반복합니다.
    5. 전체 인듐 링이 플랜지에 고정된 경우 깨끗한 플라스틱 면도날을 사용하여 잔류 인듐을 긁어낸 다음 3.2-3.10단계를 반복합니다.
    6. 시간이 지남에 따라 인듐이 소스 플랜지의 끝에 축적되어 후속 구멍이 밀봉되지 않을 수 있습니다. 이 경우 소스 플랜지를 제거하고 섹션 2.1-2.2와 2.5-2.7단계를 반복합니다.
  11. 안전 예방 조치로 질량 유량 컨트롤러의 설정값을 조리개 치수에 의해 결정된 최종 유량보다 10sccm 높게 변경합니다.

4. 냉각 절차

  1. 진공 챔버 압력이 주어진 샘플 가스 흐름에 대한 예상 기준선에 도달했는지 확인합니다. 냉각 중에 극저온 소스에 침전되는 오염 가스가 없도록 하기 위해 진공 챔버는 일반적으로 기준 압력에 도달한 후 최소 1시간 동안 펌핑됩니다. 이 기간은 지역 습도 수준과 진공 시스템에 따라 다릅니다.
  2. 헬륨 가스의 역류로 인한 저온 유지 헤드 서리를 방지하기 위해 저온 유지 장치 배기 히터를 켭니다.
  3. 설정값을 500sccm으로 늘려 질량 유량 컨트롤러의 가스 흐름을 제한합니다.
  4. 개방 사이클 콜드 트랩을 액체 질소로 채웁니다. 액체 질소 수준이 항상 인라인 필터보다 높은지 확인하십시오. 냉각 및 제트 작동 중에 필요에 따라 모니터링하고 보충하십시오.
    주의 : 액체 질소 또는 액체 헬륨과 같은 극저온 액체와 접촉하면 피부, 얼굴 및 눈에 화상을 입을 수 있습니다. 대량의 극저온 액체(멀티리터)를 취급할 때는 안면 가리개, 보안경, 단열 극저온 장갑, 극저온 앞치마, 커프스가 없는 긴 바지, 발가락이 꼭 맞는 신발을 착용하십시오. 이러한 액체는 산소를 대체하여 급격한 질식을 유발할 수 있습니다.
  5. 헬륨 회수 라인의 조정 가능한 유량계가 완전히 열리도록 설정하십시오.
  6. 벤트 밸브를 사용하여 액체 헬륨 듀어를 감압합니다.
  7. 볼 밸브를 액체 헬륨 듀어의 저압 릴리프 밸브로 닫습니다. 냉각 중 권장되는 듀어 압력은 10psig입니다. 듀어 어댑터의 앵글 밸브를 사용하면 샘플 액화 후 잉여 냉각 전력이 있는 경우 작업자가 듀어 압력을 줄일 수 있습니다.
  8. 공급 듀어 총검을 액체 헬륨 듀어에 한 번의 부드러운 동작으로 삽입합니다. 듀어는 총검이 액체와 접촉할 때 10psig로 가압되어야 합니다.
    주의 : 노출된 모든 피부를 항상 듀어의 목에서 멀리 두십시오.
  9. 누출 감지기를 사용하여 연결을 조인 후 듀어와 듀어 어댑터 사이에 헬륨 가스 누출이 있는지 확인하십시오.
  10. 온도 컨트롤러에서 히터를 활성화하고 온도 설정값을 295K로 설정합니다.
  11. 이송 라인이 채워지고 냉각되면 저온 유지 장치 온도가 주변 온도에서 295K로 떨어지며, 이 시점에서 히터가 활성화되어 추가 온도 강하를 방지합니다. 초기 온도 강하에 필요한 시간은 듀어 압력과 총 이송 라인 및 저온 유지 장치 길이에 따라 다릅니다.
  12. 온도 컨트롤러의 ramp 속도를 0.1K/s로 설정하고 설정값을 200K로 설정합니다. r을 따르도록 헬륨 흐름을 조절합니다.amp 히터가 켜지지 않도록 합니다. 저온 유지 장치가 열화될 수 있도록 짧은 체류 세그먼트(예: 5분) 동안 200K를 유지합니다. 두 개의 추가 램프 드웰 세그먼트에 대해 120K, 40K까지 반복합니다. 보수적인 냉각 절차는 시스템을 따라 강한 온도 구배를 피하기 위해 사용되며 시스템 매개변수를 면밀히 모니터링할 수 있습니다. 체류 온도는 오염 가스의 승화 온도에서 멀리 떨어진 곳에서 선택됩니다.
    1. 가스 흐름이 예기치 않게 증가하면 소스 플랜지 또는 구멍의 인듐 씰이 고장났을 수 있습니다. 6.4단계로 진행하여 쿨다운 절차를 중단합니다. 진공 챔버가 환기되면 씰을 검사하고 섹션 3.10을 참조하여 다시 조이고 누출이 있는지 확인하십시오.
  13. 40K에서 온도 안정성이 ±0.02K보다 좋아질 때까지 Ziegler-Nichols 방법22 에 따라 온도 컨트롤러 P-I-D 파라미터를 수동으로 조정합니다.

5. 액화 및 제트기 작동

  1. 액체 질소 수준이 인라인 필터 위에 있는지 확인하십시오.
  2. 온도 램프를 비활성화하고 설정 온도를 이론적인 증기-액체 상전이 온도(예: 수소의 경우 20K)보다 훨씬 낮게 변경합니다.
  3. 액화가 시작되면 가스 흐름이 최대로 증가하고 가스와 액체의 혼합물이 조리개에서 분사됩니다. 헬륨 흐름을 증가시켜 상전이를 빠르게 통과할 수 있는 추가 냉각 전력을 제공합니다.
  4. 펄스, 나노초 미만의 조명과 함께 고배율 섀도우그래피를 사용하여 제트 안정성과 층류를 시각화합니다23.
  5. 선택 사항: 응용 분야 또는 실험에 샘플의 위치가 미리 결정된 경우(예: 공간에서 동일한 위치에 정렬된 검출기) 저온 유지 장치 플랜지의 다축 매니퓰레이터 또는 진공 챔버의 전동 푸시 핀 액추에이터를 사용하여 극저온 소스를 변환합니다.
  6. 포수 포어라인의 압력을 최대화하기 위해 포수를 변환합니다.
  7. P-I-D 매개변수와 헬륨 흐름을 최적화하여 온도 안정성을 ±0.02K 이상으로 개선합니다. 제트의 전반적인 안정성은 진공 챔버 압력, 가스 배압 압력 및 온도에 크게 좌우됩니다. 예를 들어, 1 x 10-5mBar 의 변경은 재최적화가 필요할 수 있습니다.
  8. 제트 안정성과 층류성을 최적화하기 위해 온도와 압력을 스캔합니다. 샘플 제트 파라미터는 표 1에 나열되어 있습니다.
    1. 제트가 스프레이로 분해되면 위상 공간의 압력과 온도가 기화 곡선에 너무 가까울 수 있습니다.
    2. 큰 진폭 온도 또는 헬륨 흐름 진동은 주기적인 공간 섭동을 초래하며, 이는 (극단적인 경우) 제트의 구동 분해를 초래합니다. 헬륨 흐름을 줄이고 P-I-D 파라미터를 재최적화하여 진동을 감쇠합니다.
    3. 제트가 횡파(즉, 제1풍 영역) 또는 종파(즉, 고원-레일리 불안정성)를 나타내면 온도를 낮추어 점도를 증가시켜 레이놀즈 수를 감소시킵니다.
    4. 층류성을 달성할 수 없고 제트 특성이 온도 및 압력의 변화와 무관한 경우 조리개에 물리적 장애물(예: 물리적 파편 또는 얼음)이 있을 수 있습니다. 테스트를 중단하기 전에 6.1-6.5단계를 따르고 진공 압력과 저온 유지 장치 온도를 면밀히 모니터링하십시오. 오염 가스 또는 물이 구멍에서 승화되어 부분 또는 전체 막힘을 일으킨 경우 증발 온도로 식별할 수 있습니다. 4.11-4.12 및 5.1-5.6단계를 반복하여 제트 안정성이 향상되는지 확인합니다.

6. 워밍업 절차

알림: 작동 중 구멍이 손상되면 즉시 샘플 가스 흐름을 10sccm으로 제한하고 샘플 가스 압력을 30psig로 줄입니다. 그런 다음 6.5단계로 바로 진행합니다.

  1. 설정값을 20K로 변경하고 가스 압력을 작동 압력에서 약 30psig로 낮춥니다.
  2. 가스 조절기의 압력을 모니터링하면서 온도 설정값을 1K 단위로 높입니다. 극저온 소스의 액체가 기화됨에 따라 가스 라인의 압력이 급격히 증가하고 질량 유량 컨트롤러를 통과하는 흐름은 0sccm을 읽습니다.
    알림: 가스 압력이 샘플 가스 라인에 있는 구성 요소의 최대 작동 압력을 초과하지 않도록 하십시오. 이 경우 설정값을 더 늘리기 전에 조리개 또는 압력 릴리프 밸브를 통해 라인이 안전한 값으로 감압될 때까지 기다리십시오.
  3. 온도 설정값을 6.2K 증가시켜도 가스 라인 압력이 증가하지 않을 때까지 1단계를 반복합니다.
  4. 온도 램프를 활성화하고, 온도 설정값을 300K로 변경하고, 0.1K/s의 온도 상승을 유지하기 위해 필요에 따라 헬륨 흐름을 조절합니다.
  5. 소스 온도가 100K 이상이면 헬륨 회수 라인에서 조정 가능한 유량계를 닫습니다. 듀어를 감압하고 볼 밸브를 최저 압력 릴리프 밸브로 엽니다.
  6. 진공 챔버를 환기시키기 전에 저온 유지 장치가 300K에서 열화될 때까지 기다리십시오. 이렇게 하면 수증기가 저온 유지 장치 및 극저온 소스 구성 요소에 응축되는 것을 방지할 수 있습니다.
  7. 듀어의 압력을 낮춘 다음 공급 듀어 총검을 제거하십시오.
  8. 액체 질소 콜드 트랩을 제거합니다.
  9. 질량 유량 컨트롤러의 가스 유량을 30sccm으로 제한합니다.
  10. 배기 가스 히터를 끕니다.
  11. 온도 조절기의 히터를 비활성화합니다.
  12. 조리개가 손상되었거나 유량 변화로 인해 장애물이 의심되는 경우 섹션 7로 진행하십시오. 그렇지 않으면 조리개를 교체할 필요가 없습니다.

7. 조리개 교체

  1. 캡을 제거하고 소스 플랜지의 구멍과 팁을 검사합니다.
  2. 인듐 링이 플랜지에 달라붙으면 깨끗한 플라스틱 면도날을 사용하여 적당한 압력으로 긁어냅니다.
  3. 캡을 제거할 때 구멍이 소스 플랜지에 밀봉된 상태로 유지되면 가스 흐름을 10sccm으로 제한하고 가스 배압 압력이 30psig로 떨어졌는지 확인합니다. 플라스틱 면도날로 조리개를 조심스럽게 제거합니다. 조기에 제거하면 라인의 과도한 압력으로 인해 조리개가 손상되거나 튀어나올 수 있습니다.
  4. 섹션 3을 반복하여 새 조리개를 설치합니다.

결과

5.4단계에 이어 고배율 섀도우그래프를 사용하여 제트기 작동 중 층류성, 포지셔닝 지터 및 장기 안정성을 평가합니다. 제트 모션(H2의 경우 ~0.1μm/ns)이 표면의 불규칙성이나 난류를 흐리게 하지 않도록 펄스 나노초 미만의 조명을 사용하여 제트의 순간 이미지를 기록하는 것이 중요합니다. 2 x 20 μm2H2, 4 x 12 μm2H2, 및 4 x 20μm2D2 제트의 샘플 이미지가 도 5에 도시되어 있다.

우주에서 극저온 액체 제트를 정밀하게 배치하기 위해 추가 고배율 이미징 시스템이 사용됩니다. 단순화를 위해 이미징 시스템은 제트기의 전면 및 측면 보기를 제공하도록 설계되었습니다. 제트 안정성을 평가하고 평면 제트의 방향을 결정하는 것이 특히 중요합니다. 2 x 20μm2H2의 공간 지터에 대한 연구는, 몇 시간에 걸쳐 단일 테스트 동안 수행된 조리개로부터의 거리의 함수로서 도 6에 도시되어 있다. 그림 6A의 각 데이터 포인트에 대한 1σ 포지셔닝 지터는 10Hz에서 기록된 49개의 이미지에서 계산되었습니다. 여기서, 제트 위치는 고정된 기준 위치를 기준으로 결정하였다. 도 6B는 예로서 23 mm에서의 제트 위치의 정규화된 히스토그램을 나타낸다. 더 자세한 연구는 Obst et al.에서 찾을 수 있습니다.5. 평균적으로 공간 지터는 노즐에서 멀어질수록 선형적으로 증가합니다.

4 x 20 μm2 극저온 중수소 제트의 액화 및 제트 작동(섹션 5에 따름) 동안 관찰할 수 있는 일반적인 시스템 관찰 가능 항목이 그림 7에 나와 있습니다. 온도, 유량, 시료 배압 압력 및 진공 압력을 주의 깊게 모니터링하면 작업자가 불규칙성을 신속하게 식별하고 그에 따라 대응할 수 있습니다. 예를 들어, 제트가 점선 상자로 표시된 캐처를 떠나면 진공 챔버와 포어라인 압력이 크게 증가합니다. 그런 다음 설정 온도를 유지하기 위해 추가 냉각 전력이 필요합니다.

일단 안정화되면 모든 관측 가능 개체는 최소한의 진동으로 일정해야 합니다. 장기간의 드리프트는 문제(예: 누출, 가스 오염, 진공 시스템 성능 저하, 포수의 위치 드리프트)를 나타냅니다. 조리개의 선택은 Rayleigh 체제에서 제트기의 작동 매개 변수를 강력하게 결정합니다. 주어진 가스 및 조리개 유형에 대한 최적의 매개변수가 식별되면 결과 제트는 재현성이 높습니다. 그러나 조리개의 작은 편차는 이전에 식별된 값에서 시작하여 재최적화가 필요합니다. 일반적인 작동 매개변수는 표 1에 요약되어 있습니다.

figure-results-1
그림 1: 일반적인 극저온 액체 제트 전달 플랫폼의 P&ID 다이어그램. 샘플 가스, 진공 및 극저온 하위 시스템이 묘사되어 있습니다. 진공 챔버, 터보 분자 펌프 포어라인 및 제트 캐처 포어라인 압력은 각각 진공 게이지 V1, V2 및 V3으로 모니터링됩니다. 저온 유지 온도는 P-I-D 온도 컨트롤러를 사용하여 능동적으로 조절됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-2
그림 2: 극저온 소스 어셈블리의 3차원 분해도 도면. 인듐 씰은 콜드 핑거와 소스 본체, 소스 본체와 플랜지, 소스 플랜지와 조리개 사이에 설치됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-3
그림 3: 유체 역학 매개변수 요약. 매개변수는 60psig 및 17K에서 작동하는 ø5μm 원통형 극저온 수소 제트를 가정하여 제공되며 밀도, 점도 및 표면 장력에 대한 값은 NIST에서 가져온 것입니다. 15. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-4
그림 4: 극저온에서의 수소 상태 방정식15. 임계점과 삼중점은 각각 파란색과 주황색으로 채워진 원으로 표시됩니다. 제트 작동은 기체-액체 상전이를 통해 등압선을 따릅니다. 제트는 진공 챔버에서 증발 냉각을 통해 응고됩니다. 회색 상자는 ø5μm 원통형 극저온 수소 제트의 안정성을 최적화하기 위해 스캔한 배압 압력(40-90psia) 및 온도(17-20K)의 범위를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 

figure-results-5
그림 5: 10ps/1057nm 파장 레이저를 사용하는 난류가 없는 층류 극저온 액체 제트의 대표적인 20배 배율 섀도우그래프. (A) 조리개 = 2 x 20μm2, 기체 = H2, T = 15.8 K, P = 188 psig. (비) 조리개 = 4 x 12 μm 2, 가스 = H 2, T = 17.2 K, P = 80 psig. (C) 조리개 = 4 x 20 μm 2, 기체: D2, T = 20 K, P = 141 psig. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 

figure-results-6
그림 6: 2 x 20μm2 극저온 수소 제트의 제트 위치 안정성.매개변수는 18K, 60psig 및 Re figure-results-7 1887입니다. (A) 조리개로부터의 거리의 함수로 지터를 배치합니다. 세로(lateral) 지터는 직사각형 시트의 짧은(long) 축에 평행한 운동에 대응한다. (B ) 노즐에서 23mm 측면 지터(σ = 5.5μm) 및 세로 지터(σ = 8.5μm)를 결정하기 위한 제트 위치의 정규화된 히스토그램. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-results-8
그림 7: 극저온 제트 작동 중 대표적인 흐름과 압력. (A) 왼쪽: 샘플 가스 흐름, 오른쪽: 시간의 함수로서의 샘플 가스 배압 압력. 진공 챔버 압력의 세미로그 플롯(V1; B), 터보 분자 펌프 포어라인 압력(V2; C) 및 제트 캐처 압력(V3; D) 시간의 함수로. 동그라미로 표시된 숫자는 프로토콜의 섹션 5 동안 관찰된 시스템의 변경 사항을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 

샘플 가스조리개온도 (K)압력 (psig)흐름(sccm)
수소ø5 μm 원통형1760150
50% 수소, 50% 중수소ø5 μm 원통형2030, 30130
중수소ø5 μm 원통형227580
수소1 μm x 20 μm 평면18182150
수소2 μm x 20 μm 평면18218236
수소4 μm x 20 μm 평면17.5140414
중수소4 μm x 20 μm 평면20.5117267
아르곤ø5 μm 원통형905018.5
메탄ø5 μm 원통형1007546

표 1: 샘플 제트 작동 조건.

토론

극저온 액체 제트의 성공적인 작동을 위해서는 세심한 청결과 온도 안정성에 대한 신중한 모니터링이 필요합니다. 가장 빈번하고 피할 수 있는 고장 중 하나는 미크론 크기의 조리개가 부분적으로 또는 완전히 막히는 것입니다. 구리, 스테인리스강, 또는 인듐 공급원 또는 공기 중 입자로부터의 입자는 공급원 조립체의 임의의 단계에서 도입될 수 있다. 모든 구성 요소는 간접 초음파 처리를 사용하여 강력한 세척 과정을 거쳐야 합니다. Class-10,000 이상의 클린룸에서 조립 및 보관하면 성공률이 향상됩니다.

절차의 또 다른 중요한 단계는 극저온 온도를 안정화하는 것입니다. 사용자는 공급원에서 배출되는 액체의 온도가 저장소의 연속 액화에 의해 방출되는 가변 열과 독립적으로 측정되는지 확인해야 합니다. 이는 온도 센서를 조리개 근처(예: 소스 플랜지) 또는 열원에서 멀리 배치하여 수행됩니다. 또한 P-I-D 파라미터는 온도와 배압 압력의 각 조합에 대해 Ziegler-Nichols 방법을 사용하여 수동으로 최적화해야 합니다. 온도 변동이 너무 커지면 제트에서 주기적인 진동이 관찰되어 때때로 주기적인 해체가 발생할 수 있습니다. 내장된 자동 튜닝 기능이나 저역 통과 필터는 제트 작동 중 온도를 안정화하는 데 성공하지 못했다는 점에 유의해야 합니다.

극저온 액체 분사 시스템은 적응력이 뛰어나지만 확립된 진공 프로토콜이 있는 대규모 시설에서 구현하기가 어렵습니다. 예를 들어, 업스트림 장비가 잔류 가스에 민감한 경우 차동 펌핑 단계가 필요합니다(예: DESY의 FLASH 자유 전자 레이저 또는 SLAC의 MeV-UED 기기). 또한 다중 PW 레이저와 같은 대구경 진공 챔버에는 진공 내 유연한 저온 유지 장치가 필요할 수 있습니다. 기존의 고정 길이 저온 유지 장치와 비교하여 챔버 진동에서 쉽게 분리할 수 있으며 레버 암이 더 짧습니다. 유연한 진공 내 저온 유지 장치는 이미 Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)에서 Draco Petawatt 레이저로 구현되었습니다. 또 다른 관찰은 제트가 소스에 너무 가까운 초고강도 레이저에 의해 조사될 때 조리개가 손상될 수 있다는 것입니다. 최근에, 기계식 초퍼 블레이드 (150 Hz에서 작동하고 레이저 펄스와 동기화 됨)가 레이저 - 플라즈마 상호 작용으로부터 조리개를 보호하고 분리하기 위해 구현되었습니다.

이 시스템은 미크론 규모의 고도로 조정 가능하고 난류가 없는 층류 원통형 및 평면 극저온 액체 제트를 생산합니다. 극저온 액체 분사 시스템의 지속적인 개발은 고급 조리개 재료 및 설계, 진공 시스템 및 캐처 개선, 고급 수소 동위원소 혼합에 중점을 두고 있습니다. 이 시스템은 높은 반복률, 높은 에너지 밀도 과학으로의 전환을 가능하게 하고 차세대 입자 가속기 개발의 길을 열 것입니다.

공개 사항

저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 글

이 작업은 미국 에너지부 SLAC 계약 번호의 지원을 받았습니다. DE-AC02-76SF00515 및 FWP 100182에 따라 미국 DOE Office of Science, Fusion Energy Sciences에 의해. 이 작업은 또한 보조금 번호 1632708에 따라 국립 과학 재단과 EC H2020 LASERLAB-EUROPE/LEPP(계약 번호 654148)의 부분적으로 지원되었습니다. CBC는 캐나다 자연 과학 및 공학 연구 위원회(NSERC)의 지원을 인정합니다. FT는 국가 핵 안보국 (NNSA)의 지원을 인정합니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
극저온 앞치마Tempshield극저온 에이프런코어 극저온 액체로부터 신체 보호
극저온 안면 보호대3M82783-00000ANSI Z87.1 극저온 액체로부터 전체 얼굴 보호 등급
극저온 장갑TempshieldCryo-gloves MA극저온 액체로부터 손 보호
저온 소스 구성 요소SLAC National Accelerator LaboratoryCustomComponents는 극저온에서 열전도율을 극대화하기 위해 무산소 구리(OFC)로 만들어집니다.
저온 유지 장치 및 이송 라인Advanced Research SystemsLT-3B기존 진공 용기와의 호환성을 위해 최대 1250mm의 맞춤형 길이로 제공됩니다. 전사선 길이와 스타일은 시스템 또는 실험실 공간 제약에 따라 선택할 수 있습니다.
원통형 조리개SPI SuppliesP2005-AB상업용 원통형 조리개는 개별적으로 구입할 수 있습니다
전자 등급 이소프로판올Sigma Aldrich733458-4L99.999%, 최소 미립자/미량 금속, 건조 잔류물 없음
가연성 가스 조절기MathesonM3816A-350시료 가스(예: 수소, 중수소)의 압력 제어인
듐인듐 코퍼레이션커스텀99.99%, 50-75&마이크로; m 두께, 극저온 소스의 열 및 액체 밀봉용
제트 캐처 시스템SLAC National Accelerator LaboratoryCustom스키머, 진공 하드웨어 및 피드스루, 진공 게이지, 루트 진공 펌프로 구성
실험실 등급 아세톤Sigma Aldrich179973-4L구성 요소에서 그리스와 포토레지스트를 제거하는 데 사용됩니다. 최종 세척은 전자 등급 이소프로판올
펌핑하기 전에 제트 조리개가 밀봉되었는지 확인하기 위해
소비량은 저온 유지 장치, 소스 치수 및 총 가스 흐름에 따라 다릅니다. 일반적으로 3-5 L/h.
액체 질소AirgasNI 160LT22총 콜드 트랩 용량 4 L, 제트 작동 중 소비량 약 2L/h
LN 듀어 플라스크(4 L)ThermoFisher Scientific4150-4000액체 질소 콜드 트랩
LN 이송 호스CryofabCFUL 시리즈콜드 트랩
용 저장 듀어에서 LN 듀어 플라스크로 LN을 이송하는 위상 분리기가 있는 비절연 극저온 호스수동 XY 매니퓰레이터Pfeiffer Vacuum420MXY100-25극저온 소스의 코스 조정(+/- 12.5mm). 
수동 Z 매니퓰레이터McAllister Technical ServicesZA12다양한 진공 용기의 호환성을 위한 저온 유지 장치 길이 코스 조정. 또한 상호 작용 지점에서 극저온 소스를 후퇴시킵니다.
질량 흐름 컨트롤러MKS InstrumentsP9B, GM50A가스 흐름을 제어하고 모니터링하기 위해
평면 조리개Norcada맞춤형나노 제작 평면 조리개
위치 설정 액추에이터NewportLTAHLPPV6, 8303-V고정밀 (< 2&마이크로; m), 전동 제트 포지셔닝
회전 스테이지McAllister 기술 서비스DPRF600제트 방향의 정밀 정렬
안전 안경3MS1101SGAFANSI Z87.1 압축 가스 작업 등급
극 누출 감지기 Matheson SEQ8067를 사용하기 때문에 순도와 등급은 중요하지 않습니다. 액체 헬륨 에어가스 HE 100LT 탑 로딩 듀어를 용

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