Астронет - болометр

Болометр - пристрій для вимірювання потоку енергії електромагнітного магн. випромінювання, засноване на зміні фіз. параметрів термочутливого елемента в результаті його нагрівання при поглинанні енергії вимірюваного випромінювання (теплової приймач випромінювання). В астрономії Б. найчастіше використовують для реєстрації ІЧ-випромінювання.

Реєстроване Б. випромінювання поглинається чутливим елементом і перетворюється в теплоту. Для зменшення теплових втрат чутливий елемент Б. має малу теплоємність і кріпиться на дуже тонких дротяних контактах, через к-які здійснюється слабка теплова зв'язок з резервуаром великої теплоємності (базою). Теплота поширюється через слабку теплову зв'язок до бази, темп-pa к-рій практично не змінюється. Через нек-рої час

t (t - постійна часу приладу, що залежить від теплоємності чутливого елемента і теплопровідності між ним і базою) темп-pa чутливого елемента набуває рівноважне значення, що перевищує темп-ру бази. Величина цього перевищення визначається твором теплового потоку, пропорційного потужності падаючого випромінювання, на тепловий опір між чутливим елементом і базою. Зміна темп-ри чутливого елемента призводить до зміни його електричні. параметрів, найчастіше опору, до-рої може бути виміряна при включенні Б. в ланцюг з зовн. джерелом напруги.

Межа чутливості теплових приймачів визначається термодинамич. флуктуаціями темп-ри чутливого елемента, к-які швидко зменшуються зі зниженням темп-ри. Тому в суч. ІК-астрономії майже виключно використовуються Б. охолоджуються до темп-ри рідкого гелію і мають чутливість в тисячі разів вище, ніж Б. працюють при кімнатній темп-ре. Робоча температура Б. може бути доведена до 1,3 К (рідкий 4Не з відкачуванням парів) і навіть до 0,3 К (рідкий 3Не з відкачуванням парів).

Болометр для вимірювання
ІК-випромінювання. чутливий
елемент 6 утримується
дротами 5, припаяними
до пластин 4 на коварових
штирях 3. Останні
ізольовані склом 2 від
мідного кільця 1, що має
температуру бази.

Як чутливі елементи Б. охолоджуваних рідким гелієм, найчастіше застосовуються напівпровідникові кристали, що дозволяють отримувати високу відношення зміни напруги до зміни падаючої потужності при низькому рівні надлишкових шумів. Елемент Б. призначений для вимірювання інфрачервоного випромінювання (див. Рис.), Встановлюють на стінці або на днище гелиевого резервуара кріостату в вакууміруемой порожнини, що усуває конвективний тепловідвід від чутливого елемента. Для збільшення ефективності поглинання випромінювання на напівпровідниковий кристал наносять Черняєв покриття, а субміліметрові Б. встановлюють в камеру з відбивають стінками ( "інтегруюча" камера).

Для зменшення розмірів чутливого елемента (напівпровідникового кристала) і, отже, його теплоємності і шумів функція поглинання випромінювання, що приймається часто покладається не на сам кристал, а на тонку пластинку значно більшої площі. Кристал кріпиться в середині пластинки, за ним зберігається лише ф-ція вимірювання темп-ри. Такі Б. зв. складовими або Б. з виділеної майданчиком.

У планетних дослідженнях з АМС застосовуються неохолоджувані Б. переважно металеві. У металеві. Б. роль чутливого елемента виконують чорнені металеві. стрічки, що працюють в природному космич. вакуумі.

Для астрономич. спостережень осн. характеристикою Б. явл. еквівалентна потужність шуму (ЕМШ), яка визначає поріг чутливості. ЕМШ дорівнює потужності падаючого на приймач випромінювання, при якій сигнал і шум на виході приладу рівні. Величина ЕМШ нормується на смугу частот 1 Гц і виражається в од. Вт / Гц 1/2. ЕМШ глубокоохлаждаемих Б. досягає 10 -14 Вт / Гц 1/2. у кращих зразків складових Б.- 10 -15 Вт / Гц 1/2 і нижче, а постійна часу t

0,01-0,1 с. ЕМШ неохолоджуваних металеві. Б.

10 -9 - 10 -8 Вт / Гц 1/2.

Б. явл. широкосмуговими приймачами випромінювання. Детальний вид їх спектр. характеристики визначається спектр, св-вами поглинаючих покриттів чутливих елементів або виділеної площадки. Б. використовуються практично в усьому ІК-діапазоні - від довжин хвиль> 1,5 мкм і до 1 - 2 мм. Для дослідження випромінювання в певних ділянках довжин хвиль Б. застосовують у поєднанні з смуговими спектр. фільтрами.