КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина IV

ОСНОВИ ТЕОРЕТИЧНОЇ ТА ПРАКТИЧНОЇ АСТРОФІЗИКИ

Розділ 10

МЕТОДИ РЕЄСТРАЦІЇ ВИПРОМІНЮВАННЯ НЕБЕСНИХ ТІЛ

10.3. Методи реєстрації енергії у позаоптичних діапазонах

Для кожного зі спектральних діапазонів існують специфічні методи реєстрації випромінювання. Коротко опишемо їх.

Радіодіапазон. Потрапляючи на антену, енергія випромінювання у радіодіапазоні через фідерну лінію надходить у радіоприймач та реєстратор. Енергія ця надзвичайно мала. Як висловився один з радіоастрономів, усієї її, зібраної за все існування радіотелескопів, замало, щоб зробити зусилля і струсити попіл з цигарки. Основні принципи роботи сучасного радіоприймача — радіометра — такі. Антена перетворює енергію випромінювання у слабкий електричний струм, що створює у приймальній апаратурі шум певної потужності, який визначає антенну температуру Та.

Досить слабке космічне радіовипромінювання приймається на фоні потужного власного шуму приймача. Інтенсивність цього шуму характеризується шумовою температурою TR. Оскільки на практиці антенна температура Та набагато менша від шумової TR, виділення слабкого космічного радіовипромінювання з потужних шумів досягається за допомогою реєструючих пристроїв, які усереднюють сигнали за деякий час τ (що називається сталою часу вихідного пристрою). Корисний сигнал за цей час безперервно накопичується, а шумовий струм зазнає неперіодичних коливань, тому його досить легко виявити і врахувати.

Наприклад, стандартний приймач, що працює на довжині хвилі λ = 21 см, має шумову температуру TR = 1000 К, виявляє сигнал з Тα = 0,3 К. Сучасні радіометри здатні виявляти сигнал, інтенсивність якого еквівалентна температурі 0,001 К.

Важливою ланкою радіометра є підсилювач. Сьогодні використовують три типи підсилювачів, які дають мінімум шумів, — парамагнітні (мазери), параметричні і транзисторні. У мазерах (працюють у сантиметровому діапазоні) молекули або атоми збуджуються допоміжним генератором, а сигнали, які поступають з антени, стають поштовхом для результуючого сигналу. Шумова температура мазерів близька до 10 К. Під час роботи підсилювач охолоджується рідким гелієм.

У параметричних підсилювачах застосовують властивість напівпровідникових діодів змінювати свою ємність під впливом зовнішнього електричного поля. Шумова температура цих підсилювачів 80—100 К. Для транзисторних підсилювачів, які охолоджують до температури 20 К і використовують в діапазоні сантиметрових і дециметрових хвиль, TR ≤ 15—35 К.

Інфрачервоне випромінювання. Приймачі ІЧ-випромінювання прийнято ділити на дві групи: теплові (термопари, болометри) і фотонні або квантові приймачі (їх основою є явище фотоефекту).

Типовим тепловим детектором ІЧ-випромінювання є напівпровідниковий болометр (термістор). Він складається з пластинки напівпровідника (оксид або сульфід металу, наприклад свинцю), прикріпленої на підкладці та з'єднаної з металевими електродами. Величину променистої енергії, яка падає на пластинку болометра, вимірюють за зміною її електричного опору.

Чутливість теплових приймачів в 10—100 разів менша, ніж фотонних, проте вони зручніші в експлуатації. Більшість фотонних приймачів може функціонувати лише в умовах глибокого охолодження (до 70 К і навіть до 4,2 К).

Безпосереднє зображення окремих ділянок неба в інфрачервоних променях отримують за допомогою ЕОП. У субміліметровому діапазоні використовують піроелектричні приймачі. їх головною частиною є тонкі пластинки з піроелектричних кристалів (тригліцинсульфату, BaTiO3), на яких з двох боків напилені металеві шари. Випромінювання поглинається металом з одного (робочого) боку пластинки, яка внаслідок цього нагрівається. При нагріві змінюється електрична поляризація кристала і, врешті-решт, напруга на його обкладках, яку й вимірюють.

Довгохвильову частину субміліметрового діапазону реєструють також за допомогою звичайних для радіоастрономії приймачів.

Ультрафіолетове і γ-випромінювання. Крім згаданих уже лічильників Гейгера-Мюллера тут використовують ряд інших пристроїв. Наприклад, для реєстрації електромагнітного випромінювання в діапазоні 1—1500 А застосовують високочутливі вторинно-електронні помножувачі (ВЕП) відкритого типу. Ці прилади відрізняються від звичайних ФЕП тим, що не мають захисного вакуумного балона. У звичайних ФЕП емітуючі поверхні розміщені у вакуумі, і як тільки вони стикаються з повітрям, на них утворюються тонкі оксидні шари, які істотно погіршують характеристики приладу. У ВЕП цього уникають добором матеріалу емітерів, використовуючи напівпровідникові шари з оксидів олова, кремнію, легованого золотом; з алюмінію, активованого молібденом; алюмінієві шари, які внаслідок попереднього прогріву вкриваються дуже тонким захисним шаром оксиду Al2O3, що охороняє поверхню від змін при подальшому стиканні з повітрям; шари з оксидів лужноземельних металів (головним чином оксиди берилію BeO). За конструкцією ВЕП поділяють на дві групи: ВЕП з дискретними динодами (коритоподібними або типу жалюзі) і ВЕП з суцільними емітерами. Тут помножувач складається з двох скляних або кварцових трубочок з нанесеними на них шарами робочої речовини.

Для реєстрації УФ-випромінювання успішно застосовують телевізійні приймачі і пристрої з накопиченням зображення, каналові електронні помножувачі та мікроканальні пластинки.

Як згадувалося, γ-випромінювання реєструють за допомогою сцинтиляційних і черенківських лічильників, ядерних емульсій та іскрових камер. Ці детектори використовують і для реєстрації космічних променів — потоків заряджених частинок, що досягають поверхні Землі і навколоземного простору.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.