Bolometr

BOLOMETR - ustroistvo dlya izmereniya potoka energii el.-magn. izlucheniya, osnovannoe na izmenenii fiz. parametrov termochuvstvitel'nogo elementa v rezul'tate ego nagreva pri pogloshenii energii izmeryaemogo izlucheniya (teplovoi priemnik izlucheniya). V astronomii B. chashe vsego ispol'zuyut dlya registracii IK-izlucheniya.

Registriruemoe B. izluchenie pogloshaetsya chuvstvitel'nym elementom i preobrazuetsya v teplotu. Dlya umen'sheniya teplovyh poter' chuvstvitel'nyi element B. imeet maluyu teploemkost' i krepitsya na ochen' tonkih provolochnyh kontaktah, cherez k-rye osushestvlyaetsya slabaya teplovaya svyaz' s rezervuarom bol'shoi teploemkosti (bazoi). Teplota rasprostranyaetsya cherez slabuyu teplovuyu svyaz' k baze, temp-pa k-roi prakticheski ne menyaetsya. Cherez nek-roe vremya ~ t (t - postoyannaya vremeni pribora, zavisyashaya ot teploemkosti chuvstvitel'nogo elementa i teploprovodnosti mezhdu nim i bazoi) temp-pa chuvstvitel'nogo elementa priobretaet ravnovesnoe znachenie, prevyshayushee temp-ru bazy. Velichina etogo prevysheniya opredelyaetsya proizvedeniem teplovogo potoka, proporcional'nogo moshnosti padayushego izlucheniya, na teplovoe soprotivlenie mezhdu chuvstvitel'nym elementom i bazoi. Izmenenie temp-ry chuvstvitel'nogo elementa privodit k izmeneniyu ego elektrich. parametrov, chashe vsego soprotivleniya, k-roe mozhet byt' izmereno pri vklyuchenii B. v cep' s vnesh. istochnikom napryazheniya.

Predel chuvstvitel'nosti teplovyh priemnikov opredelyaetsya termodinamich. fluktuaciyami temp-ry chuvstvitel'nogo elementa, k-rye bystro umen'shayutsya s ponizheniem temp-ry. Poetomu v sovr. IK-astronomii pochti isklyuchitel'no ispol'zuyutsya B., ohlazhdaemye do temp-ry zhidkogo geliya i imeyushie chuvstvitel'nost' v tysyachi raz vyshe, chem B., rabotayushie pri komnatnoi temp-re. Rabochaya temperatura B. mozhet byt' dovedena do 1,3 K (zhidkii ⁴Ne s otkachkoi parov) i dazhe do 0,3 K (zhidkii ³Ne s otkachkoi parov).

Bolometr dlya izmereniya IK-izlucheniya. Chuvstvitel'nyi element 6 uderzhivaetsya provolokami 5, pripayannymi k plastinam 4 na kovarovyh shtyryah 3. Poslednie izolirovany steklom 2 ot mednogo kol'ca 1, imeyushego temperaturu bazy.

V kachestve chuvstvitel'nyh elementov B., ohlazhdaemyh zhidkim geliem, chashe vsego primenyayutsya poluprovodnikovye kristally, pozvolyayushie poluchat' vysokoe otnoshenie izmeneniya napryazheniya k izmeneniyu padayushei moshnosti pri malom urovne izbytochnyh shumov. Element B., prednaznachennyi dlya izmereniya IK-izlucheniya (sm. ris.), ustanavlivayut na stenke ili na dnishe gelievogo rezervuara kriostata v vakuumiruemoi polosti, chto ustranyaet konvektivnyi teplootvod ot chuvstvitel'nogo elementa. Dlya uvelicheniya effektivnosti poglosheniya izlucheniya na poluprovodnikovyi kristall nanosyat chernyashee pokrytie, a submillimetrovye B. ustanavlivayut v kameru s otrazhayushimi stenkami ("integriruyushaya" kamera).

Dlya umen'sheniya razmerov chuvstvitel'nogo elementa (poluprovodnikovogo kristalla) i, sledovatel'no, ego teploemkosti i shumov funkciya poglosheniya prinimaemogo izlucheniya chasto vozlagaetsya ne na sam kristall, a na tonkuyu plastinku znachitel'no bol'shei ploshadi. Kristall krepitsya v seredine plastinki, za nim sohranyaetsya lish' f-ciya izmereniya temp-ry. Takie B. naz. sostavnymi ili B. s vydelennoi ploshadkoi.

V planetnyh issledovaniyah s AMS primenyayutsya neohlazhdaemye B., preimushestvenno metallicheskie. V metallich. B. rol' chuvstvitel'nogo elementa vypolnyayut chernenye metallich. lenty, rabotayushie v estestvennom kosmich. vakuume.

Dlya astronomich. nablyudenii osn. harakteristikoi B. yavl. ekvivalentnaya moshnost' shuma (EMSh), opredelyayushaya porog ego chuvstvitel'nosti. EMSh ravna moshnosti padayushego na priemnik izlucheniya, pri k-roi signal i shum na vyhode pribora ravny. Velichina EMSh normiruetsya na polosu chastot 1 Gc i vyrazhaetsya v ed. Vt/Gc^1/2. EMSh glubokoohlazhdaemyh B. dostigaet 10^-14Vt/Gc^1/2, u luchshih obrazcov sostavnyh B.- 10^-15Vt/Gc^1/2 i nizhe, a postoyannaya vremeni t~0,01-0,1 s. EMSh neohlazhdaemyh metallich. B. ~10^-9 - 10^-8Vt/Gc^1/2.

B. yavl. shirokopolosnymi priemnikami izlucheniya. Detal'nyi vid ih spektr. harakteristiki opredelyaetsya spektr, sv-vami pogloshayushih pokrytii chuvstvitel'nyh elementov ili vydelennoi ploshadki. B. ispol'zuyutsya prakticheski vo vsem IK-diapazone - ot dlin voln >1,5 mkm i do 1 - 2 mm. Dlya issledovaniya izlucheniya v opredelennyh uchastkah dlin voln B. primenyayut v sochetanii s polosovymi spektr. fil'trami.

(G.B. Sholomickii)