Источники постоянного свечения (фотометрические стандарты)
Применение фотометрического стандарта с высоким постоянством свечения имеет очень важное значение в работах по фундаментальной звездной фотометрии — при определении внеатмосферных величин звезд. Оно служит для учета изменений чувствительности электрофотометра, которые могут происхо дить от ряда причин: изменения напряжения на фотоумножителе и чувст вительности измерительной аппаратуры, влияния магнитных-полей на фото умножитель и т. д. Лишь при чисто дифференциальных измерениях примене ние стандарта не является необходимым. При наличии фотометрического стандарта наблюденная инструментальная звездная величина т определя ется так:
m = -2,5 lg n/n s , (/1. 56)
где п и п s — отсчеты измерительной аппаратуры соответственно для звезды и для фотометрического стандарта. Поскольку при изменениях чувствитель ности прибора в одинаковой степени меняются отсчеты п и п s , то значение т остается неизменным.
Основные требования к фотометрическому стандарту таковы: максималь ная стабильность излучения, как на протяжении кратковременных, так и длительных сроков; небольшая, строго учитываемая зависимость свечения от температуры. Желательно также, чтобы распределение энергии в спектре излучения стандарта приближалось к распределению энергии в спектрах звезд средних спектральных классов и охватывало весь диапазон спектраль ной чувствительности применяемого фотоумножителя. В настоящее время в качестве фотометрических стандартов применяются лампы накаливания, люминофоры постоянного действия и излучатели, основанные на эффекте Черепкова.
Для текущего контроля чувствительности электрофотометрической аппа ратуры ламповые стандарты практически непригодны, поскольку излуче ние ламп накаливания в сильнейшей степени зависит от их накала и требует достаточно сложной аппаратуры для его поддержания с необходимой точ ностью. Далее, распределение энергии в спектре ламп накаливания значи тельно отличается от распределения энергии в спектрах большинства звезд — лампы накаливания практически не излучают в области 3000 А. Кроме того, они подвержены и существенному эффекту старения. Поэтому лампы накаливания могут применяться лишь в некоторых случаях, в основном для лабораторного контроля постоянства излучения фотометрических стан дартов другого типа.
Наиболее широкое распространение как фотометрические стандарты получили люминофоры постоянного действия, называемые также радиолюминесцентными излучателями (РЛИ). В них свечение кристаллического люминофора возбуждается тем или иным радиоактивным веществом. Суще ствуют два типа люминофоров постоянного действия — основанные на аи (?-распаде. Первые обычно возбуждаются радиоактивным изотопом углерода С 14 , а вторые — стронцием-90. Периоды полураспада этих возбудителей составляют 5,6 года и 25 лет соответственно. Но реальная долговременная стабильность люминофоров определяется постепенным изменением их свойств под действием возбуждающего излучения. В хороших люминофорах паде ние эмиссии составляет около 3% в год. Но в отдельных дефектных экзем плярах оно может оказаться на порядок больше, а кроме того, и протекать нерегулярно. Контроль за постепенными изменениями эмиссии люмино фора может осуществляться как путем сравнения с лабораторными источ никами — системой ламповых эталонов или черепковским стандартом, так и путем наблюдения звезд, — определяя их инструментальные вне атмосферные величины, привязан ные к данному люминофору. Веще ство люминофора желательно герме тизировать, чтобы защитить его от воздействия влаги и проникновения вредных газов. Люминофоры необхо димо также оберегать от сильных световых воздействий. Во время ра боты и за несколько часов до ее на чала люминофор должен находиться в полной темноте.
Спектральное распределение свечения люминофора зависит от прпме няемого вещества и может подбираться в самых широких пределах от уль трафиолетовой и до инфракрасной части спектра. Люминофоры постоянного действия показывают некоторую зависимость спектральной излучательной способности от температуры. Интегральный эффект температурной зависи мости фотометрического стандарта целесообразно изучать в сочетании с при меняемым фотоумножителем У хороших люминофоров он меньше 0,1% на градус. Но наиболее целесообразным является термостатирование люми нофора с точностью порядка + 1°. Соответствующую схему разработали П. Кутузов и К. Менч.
При выборе люминофора следует учитывать возможность внесения им некоторых помех в фотоумножитель. В этом отношении люминофоры, ос нованные на ?-распаде, предпочтительнее использующих ?-распад, так как излучения, возникающие в последних, обладают большей проницающей способностью.
Фотометрические стандарты, основанные па эффекте Черепкова, пред ставляют несомненный интерес. Напомним, что черенковское излучение воз никает в среде, в которой скорость движения ?-частиц превышает скорость распространения в ней света; их энергия должна быть не меньше 250 к эв. Оно практически не зависит от температуры, поскольку последняя лишь незначительно изменяет показатель преломления среды, а следовательно, и скорость распространения в ней света. Интенсивность черепковского из лучения может быть точно рассчитана, если известны параметры возбуди теля и среды. В этом смысле черепковский фотометрический стандарт может рассматриваться и как абсолютный. Распределение энергии в спектре черен ковского излучения (рис. 201) показывает возрастание излучения с умень шением длины волны, что весьма благоприятно при наблюдении звезд ран них спектральных классов.
При создании черенковского стандарта очень важен правильный выбор среды. В ней не должны возникать никакие побочные эффекты — люмине сценция и т. п., а ее прозрачность не должна меняться под действием потока частиц и возникающего тормозного ?-излучения. Этим условиям удовлет воряют некоторые виды пластмасс, а также синтетический кварц типа суп расил. При конструировании черенковского фотометрического стандарта необходимо предусмотреть, чтобы все ?-излучение поглощалось внутри него. Необходимо, также обеспечить эффективное поглощение соответствующими экранами тормозного рентгеновского излучения. Поскольку возбудителем в рассматриваемых стандартах является обычно стронций-90, а создание необходимой интенсивности световых потоков требует применения отнюдь не пренебрежимо малых количеств возбудителя, обращение с таким стан дартом требует соблюдения всех необходимых предосторожностей. А это, естественно, влечет за собой определенные трудности в эксплуатации. По этому хотя черепковские фотометрические стандарты начинают применяться и при непосредственных наблюдениях на электрофотометрах (Пейтремаыном в Женевской, а Де-Фрисом в Южной европейской обсерваториях), их глав ное применение будет, по-видимому, ограничиваться ролью основных стан дартов для лабораторного контроля стандартов (РЛИ), устанавливаемых непосредственно в наблюдательной аппаратуре.
Задачи по физике с решениями Интересное и познавательное о астрофизике