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Beschreibung Detektorkühlkammer mit flexibler Verbindung zum Kühlmittelvorratsgefäß
Die Erfindung betrifft eine Detektorkthlkammer insbesondere für Germanium Strahlungsdetektoren.
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Germanium Strahlungsdetektoren haben wegen ihrer hohen Energieauflösung
eine ständig wachsende Bedeutung in der Kernstrahlungsmesstechnik erlangt. Aus verschiedenen
Gründen müssen sie ununterbrochen auf der Temperatur des flüssigen Stickstoffs gehalten
werden. Um dabei ein Vereisen und Verschmutzen ihrer Oberfläche zu verhindern werden
sie in evakuierbaren Kühlkammern eingebaut, die mit einem Kühlmittelvorratsgefäß
verbunden sind.
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Zur Erfüllung dieser Erfordernisse sind folgende Anordnungen bekannt:
1.) Die Kühlkammer befindet sich unterhalb des Kühlmittelvorratsgefäßes und die
Kühlmittel-Zuführung erfolgt mittels Schwerkraft durch ein thermisch isoliertes
Rohr.
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2.) Die Kühlkammer befindet sich oberhalb des Kühlmittelvorratsgefäßes
und die Kühlung erfolgt über ein in das Kühlmittel eingetauchten Cu-Stab, an dessen
oberen Ende der Detektor angebracht ist.
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Beide Anordnungen gibt es mit geradem oder abgewinkeltem Rohr bzw.
Kühlstab, d.h. mit vertikaler oder horizontaler Lage der Kühlkammer.
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Die Wahl der vertikalen oder horizontalen Anordnung der.Kühlkammer
wird durch die Erfordernisse der Messung bestimmt und kann dann nicht mehr für ein
anderes Experiment geändert werden. Der hohe Preis von Germanium-Detektoren, Kühlkammer
und Kühlmittelvorratsgefäß macht die gewählte Beschränkung auf eine der Anordnungen
unökonomisch, Diese Schwierigkeit wird durch das Einfügen eines flexiblen, doppelwandigen
Metallschlauches zwischen Kühlmittelvorratsgefäß und Kühlkammer beseitigt (Patentanmeldung
vom 19. 3. 69 Akzenz.: P1911123,0 (Zeitschrift "Nuclear Instruments and Methods"
72 (1969)107-108). Diese Anordnung hat noch folgende Nachteile: 1.> Da die Kühlkammer
und der Raum zwischen den beiden Schläuchen nicht getrennt ist, bestimmt die hohe
Anforderung an das Vakuum und die Sauberkeit in der Kühlkammer auch das Vakuum und
die Sauberkeit des Raumes zwischen den Metallschläuchen, obwohl dort die Anforderungen
aus Grtnden det'thermischen
Beschreibung Detektorkühlkammer mit
flexibler Verbindung zum Kühlmittelvorratsgefäß Isolierung geringer sind. Man benötigt
also eine starke Gitterpumpe, um Kühlkammer und die Metallschläuche gleichzeitig
evakuieren zu können.
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2.) Bei langen Metallschläuchen sind die Kühlmittel-Verluste durch
Wärmestrahlung - weitgehend unabhängig vom Vakuum - hoch. Wegen der damit verbundenen
Verschlechterung des Vakuums, besonders in der Detektorkühlkammer, kann aber kein
zusätzliches Isoliermaterial in dem Raum zwischen den beiden Metallschläuchen angebracht
werden.
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3,) Die beschriebene Anordnung kann nicht für Kühlkammern verwendet
werden, die sich über dem Kühlmittelvorratsgefäß befinden, da dann das Kühlmittel
nicht bis zum Detektor gelangt.
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4.) Da Kühlkammer und der Raum zwischen den Metallschläuchen nicht
getrennt sind, kann die Detektorkühlkammer nicht direkt an das Kühlmittelvorratsgefäß
angeschlossen werden.
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Es bestand die Aufgabe, a) Die Kühlkammer von den Metallschläuchen
zu trennen und die Metallschläuche so zu isolieren, daß die Kühlmittel-Verluste
verringert werden.
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b) Die Flexibilität auch für den Fall zu erhalten, daß die DetektorwkUhlkammer
oberhalb des Kühlmittelvorratsge£äßes betrieben wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß: zu a) die Detektorkühlkammer
vakuummäßig von den Metallschläuchen getrennt und das Vakuum zwischen den Metallschläuchen
durch ein Absorptionsmittel (Zeolith, Aktivkohle) aufrechterhalten wird.
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Der innere Metallschlauch ist zur besseren thermischen Isolation
mit mehreren Lagen einer Isolationsfolie umgeben.
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zu b) daß in den inneren Metallschlauch wahlweise eine biegsame Kupferlitze
eingezogen werden kann, die mit der Detektorkühlplatte verschraubt wird. Auf der
anderen Seite wird die Kupferlitze entweder direkt durch das Kühlmittel (Metallschläuche
an der Unterseite eines Kühlmittelvorratsgefäßes angeschlossen) oder durch
Beschreibung
Detektorkühlkammer mit flexibler Verbindung zum Kühlmittelvorratsgefäß einen eingeschraubten
Kupferstab gekühlt, der seinerseits von oben in das Kühlmittel eintaucht (Metallschlauch
an der Oberseite eines Kühlmittelvorratsgefäßes angeschlossen). Die Kupferlitze
ist bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs noch genügend elastisch.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Kühlkammer so
ausgebildet, daß sie wahlweise ohne Metallschlauch an das Kühlmittelvorratsgefäß
angeschlossen werden kann.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß eine
Kühlkammer in jeder beliebigen Lage betrieben werden kann und ein Metallschlauch
wahlweise für verschiedene Xthlkammern verwendet werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und soll m Folgenden näher beschrieben werden.
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Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch den Metallschlauch und die Kühlkammer.
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Der innere Metallschlauch (5) ist an seinem unteren Ende über ein
Rohrstück (8) mit einem durchbohrten Kupfer zylinder (10) verbunden.
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An ihn ist ein zweites konzentrisches Rohr (9) geschweißt das an seinem
oberen Ende mit einem Flansch (7) verbunden ist. An diesem Flansch ist auch der
äußere Metallschlauch (6) angeschweißt, der an seinem oberen Ende über ein Rohrstück
(3) mit dem oberen Flansch (1) verschweißt ist, Mit ihm ist über einem Zwischenstück
(4) und ein dünnwandiges Rohr (2) auch der innere Metallschlauch verschweißt.
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In dieses Rohr ragt das Zuführungsrohr vom Kühlmittelvorratsgefäß.
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Da der obere Flansch druckdicht mit dem Kühlmittelvorratsgefäß verbunden
ist, verhindert der entstehende Oberdruck ein Ansteigen des Kühlmittels über den
unteren Rand des Zuführungsrohres hinaus.
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Der Raum zwischen dem Metallschlauch wird über ein Ventil (17) evakuiert.
Der innere Metallschlauch ist von einem Absorptionsmittel umgeben, das von einem
Kupfernetz gehalten wird. Zur thermischen Isolierung ist der Raum zwischen den Metalischläuchen
durch mehrere
Beschreibung Detektorkiihlk~ammer mit flexibler Verbindung
zum KShlmittelrorråtsgefäß Lagen einer Isolationsfolie ausgefüllt, An den unteren
Flansch (7) wird die Kühlkammer mit ihrem oberen Flansch (II) angeschraubt. An ihm
ist ein dünnwandiges Rohr (12) angeschweißt, das an seinem unteren Ende die Detektorkühlplatte
(14) trägt. Ein zweites an den Flansch angeschweißtes Rohr (13) trägt Ventil, Gitterpumpe
und 'llocllspannungsdurchffihrung und ist am unteren Ende mit einen 2. Flansch (15)
verschweißt, mit dem die Endkappe (16) hochvakuumdicht verschraubt wird. Der obere
Flansch (11) ist so ausgebildet, daß er direkt an den Flansch des Kühlmittelvorratsgefäßes
angeschlossen werden kann.
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Wenn die Kühlkammer nur weniger als 450 aus der Vertikalen gekippt
wird, gelangt das Kühlmittel durch die Bohrung in den Kupferzylinder (10) und kühlt
die Kühlplatte (14). Da die Flansche (11) und (7) druckdicht verschraubt sind, kann
auch hier das Kühlmittel nicht hochsteigen.
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Soll die Kühlkammer stärker gekippt werden, so wird der Kupferzylinder
(10) mit der Kühlplatte (14) durch eine Schraube (18) dicht verschraubt.
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Fig. (2) zeigt die Detektorkühlkammer mit eingeführter Kupferlitze.
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Soll die Kühlkammer um mehr als 900 aus der Vertikalen gekippt werden,
so wird eine Kupferlitze mit Endstücken (20) in den inneren Metallschlauch eingezogen
und mit dem Zwischenstück' (4) und dem Kupferzylinder (10) verschraubt . Die Detektorkühlkammer
wird durch Drehen auf das Gewindestück des Teiles (20) geschraubt und am Flansch
(7) befestigt.
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Soll die Kühlkammer oberhalb des Kühlmittelvorratsgefäßes angeordnet
sein, so wird, wie Fig. (3) zeigt, der, Flansch (1) des Metallschlauches auf den
oberen Flansch'(21) des Kühlmittelvorratsgefäßes geschraubt. Die Kühlung erfolgt
über einen Kupferstab (22), der in das Endstück (20) geschraubt ist und in das Kühlmittel
eintaucht.