Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике § 4. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ ДЛЯ ФОТОУМНОЖИТЕЛЕЙВ разнообразной аппаратуре, используемой в электронике, атомной физике, астрономии, геологии, археологии и других областях современной науки и техники, широко используются фотоумножители. Фотоумножители в сочетании со сцинтилляторами применяются для счета элементарных частиц, а при использовании их с различными люминофорами удается измерять слабые излучения в широкой области спектра, от инфракрасной до В выпускаемых промышленностью фотоумножителях в большинстве случаев светочувствительным элементом является сурьмяно-цезиевый фотокатод. Порог чувствительности фотоумножителей ограничен величиной темнового тока, который зависит от: 1) термоэлектронной эмиссии фотокатода и первых динодов; 2) токов утечки между анодом и другими электродами; 3) вторичной эмиссии с фотокатода и эмиттеров при бомбардировке их ионами остаточного газа; 4) автоэлектронной эмиссии с фотокатода и динодов; 5) флуоресценции стекла и последних динодов. При хорошем обезгаживании в процессе изготовления умножителя и высоком вакууме в готовом приборе большая часть темнового тока обусловлена первыми двумя причинами. Поэтому наиболее действенным средством для уменьшения темнового тока является подавление термоэлектронной эмиссии фотокатода и первых эмиттеров (динодов). Это достигается охлаждением всего прибора или фотокатода и первых динодов. Из приведенных в литературе данных следует, что охлаждение фотоумножителей с сурьмяно-цезиевым катодом до 0° снижает темновой ток в 3 раза, до —10° — в 5 раз, до —30° — в 30 раз. Дальнейшее охлаждение приводит к еще более значительному уменьшению темнового тока. Для охлаждения фотоумножителей применяются различные способы (жидкий воздух, криостатические смеси, обдув охлажденным воздухом, твердая углекислота и т. д.). Однако из-за технических трудностей и эксплуатационных неудобств все эти способы не нашли широкого применения. В связи с этим представляет большой интерес использование для этих целей полупроводниковых термоэлектрических батарей, позволяющих создать простые и малогабаритные охлаждающие устройства. Разработано и изготовлено несколько типов таких приборов. На рис. 84 приведен разрез одного из охлаждающих приборов с расположенным внутри его фотоумножителем ФЭУ-19М (разработка 1956 г.).
Рис. 84. Разрез объемного охладителя для фотоумножителя. Термоэлектрическая батарея 11 состоит из 80 последовательно соединенных термоэлементов, которые после заливки в эпоксидную смолу образуют единый блок. Холодные спаи термоэлектрической батареи сопрягаются с деталью 3, которая в свою очередь через систему пружинных контактов 2 соприкасается со стеклом колбы фотоумножителя 7 в области, прилегающей к фотокатоду. Между внешним кожухом прибора 10 и внутренним стаканом 8 помещен слой теплоизоляции 9, выполненный из пенопласта. Верхняя съемная крышка прибора 5 имеет панель, 6, в которую вставляется фотоумножитель. Для подключения к схеме на крышке имеется цоколь 1. Тепло от горячих спаев термобатареи отводится на шасси 4. Вход света на фотокатод осуществляется через отверстие в термобатарее. Описанный прибор предназначен для работы в автоматических следящих системах, используемых в практике астрономических наблюдений. Для охлаждения фотоумножителей, используемых при сцин-тилляционном анализе (с применением твердых или жидких сцинтилляторов), был разработан и изготовлен другой тип термохолодильника. На рис. 85 показан термоэлектрохолодильник для охлаждения фотоумножителя ФЭУ-11, применяемый в установке, предназначенной для счета природного В описанных термоэлектрических солодильниках (объем
Рис. 85. Общий вид холодильника для фотоумножителя При испытаниях описанных выше ермоэлектрических холодильников выяснилось, что для достижения тех же езультатов необязательно помещать На рис. 86 изображен термоэлектрический холодильник для охлаждения торцовой части умножителя ФЭУ-19. Термоэлектрическая батарея этого холодильника имеет два каскада, причем общий перепад температур достигает 55°. Съем тепла с горячих спаев термоэлектрической батареи осуществляется проточной водой с расходом около Термоэлектрическая батарея холодильника этого типа как в первом, так и во втором каскадах расположена по окружности, в центре которой имеется отверстие для прохождения света на фотокатод умножителя. Система горячих коммутационных пластин холодильника состоит из девяти алюминиевых сегментов 6, внутри которых имеется кольцевой канал 1 для воды, снимающей тепло с горячих спаев термобатареи. Рис. 86. (см. скан) Разрез холодильника с жидкостным теплосъемом для охлаждения торцовой часш фотоумножителя. В местах напайки на горячие коммутационные пластины полупроводников первого каскада на алюминий напаяны красномедные накладки 2. Вода подается и сливается через два штуцера 3, закрепленных в корпусе эпоксидным клеем. Вся система горячих коммутационных пластин заливается в эпоксидную смолу 4, причем между сегментами предварительно помещаются электроизоляционные прокладки 5. Такая система сборки основания термоэлектрической батареи позволяет получить единый механически прочный узел с электроизолированными друг от друга коммутационными пластинами. Термоэлектрическая батарея первого каскада состоит из восьми термоэлементов. Второй каскад состоит из двух термоэлементов. Общий вид холодильника этого типа с установленным в нем фотоумножителем ФЭУ-19М приведен на рис. 87. В 1959 г. в связи с успехами, достигнутыми в области технологии изготовления термоэлектрических охлаждающих устройств, был разработан новый конструктивный вариант прибора для охлаждения фотоумножителей.
Рис. 87. Общий вид холодильника с жидкостным теплосъемом, установленного на фотоумножителе. Конструкция прибора предусматривает, так же как и предыдущий вариант с жидкостным отводом тепла, охлаждение стекла колбы, на которое нанесен фотокатод. Отличительной особенностью этой конструкции является возможность осуществления жидкостного или принудительного воздушного съема тепла с горячих спаев термобатареи. Двухкаскадная термоэлектрическая батарея имеет последовательное питание первого и второго каскадов. Этим достигается большая холодопроизводительность второго каскада и соответственно большой перепад температур, достигающий на всем устройстве 60-65°. Термобатарея через электроизолйрованные переходы, обладающие малым тепловым сопротивлением, напаяна на алюминиевый блок, снабженный системой радиаторных пластин для воздушного отвода тепла и каналом для прохождения воды при жидкостном съеме тепла. Для максимального сокращения габаритов прибора и уменьшения его веса поверхность радиаторных пластин обдувается малогабаритным вентилятором, смонтированным в патрубке на кожухе прибора. Благодаря применению принудительного обдува поверхность радиаторных пластин удалось уменьшить в 7 раз против требуемой площади при естественном конвекционном отборе тепла.
Рис. 88. Общий вид холодильника для фотоумножителя с комбинированной воздушно-жидкостной системой теплосъема.
Рис. 89. Шумовые характеристики фотоумножителя ФЭУ-19 с холодильником и без холодильника. N - отсчет пересчетки 6/4; V — уровень сигнала дискриминатора, в. Тепловое сопряжение торцовой части фотоумножителя с коллектором холодных спаев второго каскада термобатереи осуществляется через резиновую прокладку толщиной Общий вид термоэлектрического холодильника с комбинированной воздушно-жидкостной системой съема тепла и установленным на нем фотоумножителем Шумовые характеристики фотоумножителя Таблица 20 (см. скан) Основные данные термоэлектрических приборов для охлаждения фотоумножителей Основные технические параметры термоэлектрических холодильников для охлаждения фотоумножителей приведены в табл. 20. Эксперименты, проведенные с охлаждением фотоумножителей радиоактивностью Таким образом, успешное применение охлаждения, в частности термоэлектрических холодильников, для снижения темнового тока тесно связано с технологией изготовления фотоумножителя. В том случае, когда темно вой ток обусловлен только термоэлектронной эмиссией фотокатода, применение термоэлектрических холодильников весьма эффективно.
|
1 |
Оглавление
|