Блок фотоумножителя
В блоке фотоумножителя размещаются: фотоумножитель, затем делитель, обеспечивающий подачу на него необ ходимых напряжений, и предусилитель. Обычно линза Фабри также уста навливается в этом блоке. Конструкция блока фотоумножителя в значи тельной мере определяется применяемой системой охлаждения. Но в любом случае он должен удовлетворять некоторым определенным требованиям. Очень важна воспроизводимость установки фотоумножителя — с точностью порядка 0,1 мм. В противном случае всякая разборка блока может привести к изменению фотометрической системы, так как нередко спектральная чув ствительность фотокатода показывает значительные изменения по его по верхности. Фотоумножитель крепится посредством тефлоновых цилиндри ческих направляющих в стакане, который одновременно служит и магнит ным экраном. Отметим попутно, что надо всячески избегать касания катод ного конца фотоумножителя, находящегося под высоким напряжением, с какими-либо заземленными элементами, так как при этом в стекле колбы фотоумножителя возникают электролитические процессы, приводящие к от равлению фотокатода.
Линза Фабри, при применении фотометра в сочетании с рефлектором» делается из плавленого кварца. Она может быть простой, если светосила телескопа не превосходит 1/10. При больших светосилах ее приходится изготовлять ахроматической кварц-флуоритовой, склеиваемой специаль ным бальзамом, прозрачным для ультрафиолетового излучения. Для кон троля совмещения зрачков выхода систем телескопа и фотометрического стандарта вместо фотоумножителя в стакан вводится специальное приспо собление, на конце которого — точно в месте расположения фотокатода — помещается матовая стеклянная пластинка с крестом нитей в центре. Для облегчения центрировки фотометрический стандарт снимается, на его место ставится матовое стекло, освещаемое достаточно ярким светом, а телескоп направляется на дневное небо.
Блок фотоумножителя, не рассчитанный на применение охлаждения, наиболее прост в конструктивном отношении. Но отсутствие охлаждения влечет за собой существенные недостатки в работе. Термоионная эмиссия фото катода и динодов не подавляется и может, особенно в теплые летние ночи, значительно повысить уровень шумов. Но главное — это неустраненные температурные изменения спектральной чувствительности фотоумножителя, коюрые приводят к нестабильности фотометрической системы прибора. Охлаждение фотоумножителя может осуществляться разными способами: твердой углекислотой, охлажденным сухим воздухом, а также при помощи термоэлектрических и фреоновых охлаждающих систем. Наиболее широ кое применение нашло охлаждение твердой углекислотой, которая пере ходит непосредственно из твердого в газообразное состояние при темпера туре —78°.
Твердая углекислота обеспечивает весьма глубокое охлаждение фото умножителя, а также и его термостатирование при установившейся равно весной температуре, что весьма выгодно как для подавления термоионной
Рис. 203.
эмиссии, так и для стабилизации фотометрической системы. Но сюль зна чительное охлаждение необходимо лишь в редких случаях (например, при применении каюдов типа S -1). Системы с регулируемой температурой ох лаждения имеют то преимущество, что они позволяют осуществлять термо статированное охлаждение до наперед заданной, хотя и не столь низкой температуры. Для сурьмяно-цезиевых и мультищелочных фотокатодов вполне достаточно охлаждение до -10 ?20°. Мы опишем здесь фрео новую систему, предложенную Бродфутом, которая является, пожалуй, наиболее конструктивной (рис. 203). Компрессор обеспечивает циркуля цию фреона, который в жидком виде подается через капиллярную трубку в испаритель. При испарении фреон резко охлаждается и отдает холод фото умножителю 1, который помещается в стакане 2, окруженный витками ис парителя 3. Температура охлаждения зависит от давления газообразного фреона в испарителе, которое регулируется соответствующим краном и из меряется, манометром. Пределы регулировки от +5° до —50°. Точность поддержания температуры +-0,3°. Выше отмечалось, что нельзя допускать контакта анодного конца фотоумножителя с заземленными деталями. Но си стема охлаждения должна, конечно, иметь потенциал земли. Поэтому фотоумножитель 1 заключен в стакан 2, находящийся под напряжением фото катода ( ~ —1700 в). Этот стакан отделен от витков испарителя 3, припаян ных ко второму латунному стакану 4, имеющему потенциал земли, плен кой 5 с очень высокой изоляцией. Остальные детали блока фотоумножи теля: внешний корпус 6, являющийся одновременно и экраном; порошко образный теплоизолятор 7; цоколь с теплоизоляцией 8, обеспечивающий защиту фотоумножителя от теплоотдачи делителя напряжения 9; вводы высокого напряжения 10 и питания предусилителя 11; предусилитель 12; вывод сигнала 13; заземление 14; ввод жидкого фреона 15 с краном подачи 16; компоненты сложной кварцевой линзы Фабри 17; подогрев переднего компонента линзы для устранения ее запотевания 18; теплоизоляционное сочленение компонентов линзы Фабри 19 и отвод газообразного фреона 20. Вся основная аппаратура охлаждения (компрессор, конденсатор и т. д.) помещается на некотором расстоянии от телескопа (обычно в нижнем поме щении башни), откуда к телескопу и далее к фотометру идет лишь пара трубок, обеспечивающих подводку жидкого и отвод газообразного фреона. Трубки могут быть резиновыми или, лучше, медными, в нужных местах — гибкие гофрированные. Обращение с ними такое же, как и с кабелями, ждущими к фотометру. Охлаждение блока фотоумножителя приводит к запотеванию линзы Фабри, для борьбы с чем применяют следующие меры. Линза дела ется двойной, компоненты ее разносятся на некоторое расстояние и оправы их соединяются трубкой с малой теплопроводностью. Пространство между ними герметизируется и заполняется сухим воздухом. Передний компонент линзы должен иметь температуру не ниже температуры термостатируемого оптико-механического блока (порядка +20°), для чего необходим его легкий электрический подогрев. Задний же компонент должен возможно лучше охлаждаться. В противном случае, как показал Юнг, температура фото катода повышается на 10—20° по отношению к температуре охлаждаемого стакана фотоумножителя. Поэтому оправа задней линзы делается массив ной и надежно соединяется со стаканом.
При хорошей тепловой изоляции объема, в котором располагаются дели тель напряжения и предусилитель, выделяемого ими тепла достаточно для избавления от конденсации влаги. Все же иногда ставят дополнительно осушители с селикагелем или даже заполняют сухим азотом все пространство блока фотоумножителя, в этом случае особо тщательно герметизируемого. Если в предусилителе имеются высокоомные сопротивления, обладающие большой температурной зависимостью, то целесообразно термостатировать (с точностью +1°) объем, содержащий делитель напряжения и предуси литель.
При смене фотоумножителей в процессе работы, что может оказаться необходимым при переходе от наблюдений в визуальной или ультрафио летовой областях спектра к инфракрасной, лучше иметь для каждого фото умножителя свой независимый блок, положение которого заранее отъюсти ровано по отношению к оптико-механической части прибора.
Задачи по физике с решениями Интересное и познавательное о астрофизике