RU178541U1 - Спектрометр заряженных частиц - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к приборам для ядерно-физических экспериментов. Спектрометр заряженных частиц содержит полупроводниковый детектор на основе сверхчистого германия, устройство перемещения детектора, криостат для охлаждения детектора с помощью жидкого азота, электронные модули обработки и сохранения сигналов, принятых от детектора, контроллер, инфракрасный дальномер. Криостат содержит сосуд Дьюара с жидким азотом, бачок, на котором закреплен детектор, ствол для заливки жидкого азота в бачок, а также дистанционно управляемый клапан, регулирующий поступление жидкого азота в бачок. На стволе установлен инфракрасный дальномер, направленный на наклонное зеркало в бачке и позволяющий идентифицировать необходимость доливки жидкого азота в бачок. Контроллер управляет перемещением детектора, управляемым клапаном и модулями обработки и сохранения сигналов. Применение спектрометра позволяет уменьшить расход жидкого азота, увеличить продолжительность непрерывной работы спектрометра и уменьшить статистическую погрешность измерений энергии заряженных частиц. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Полезная модель относится к приборам для проведения ядерно-физических экспериментов, а именно к спектрометрам заряженных частиц, главным образом в виде ядерных фрагментов и тяжелых элементарных частиц, в которых для регистрации частиц используются полупроводниковые детекторы на основе сверхчистого германия, эксплуатируемые при криогенных температурах.

Известен спектрометр альфа-частиц (патент РФ №2159943 от 27.11.2000, МПК G01T 1/36), содержащий полупроводниковый детектор альфа-частиц, подключенные к полупроводниковому детектору электронные модули обработки сигналов, поступающих от полупроводникового детектора, включающие последовательно соединенные зарядочувствительный предусилитель, формирующий усилитель, амплитудно-цифровой преобразователь, а также узел дискриминации сигналов по форме, при этом выход зарядочувствительного предусилителя соединен со входом узла дискриминации сигналов по форме, выход которого соединен со входом управления аналого-цифрового преобразователя.

Недостатком спектрометра является отсутствие системы криогенного охлаждения полупроводникового детектора, что исключает применение германиевых детекторов, обладающих более высокой разрешающей способностью, чем кремниевые полупроводниковые детекторы, эксплуатируемые при комнатной температуре.

Прототипом заявленной полезной модели является спектрометр заряженных частиц, известный из публикации в журнале «Приборы и техника эксперимента», 1999, №4, стр. 65-71. Спектрометр по прототипу содержит полупроводниковый детектор заряженных частиц, электронные модули, криостат, устройство перемещения детектора, электронные модули содержат модули обработки сигналов, вход которых подключен к полупроводниковому детектору, а также модуль сохранения оцифрованных сигналов, вход которого подключен к выходу модулей обработки сигналов, криостат включает в себя сосуд и бачок, при этом полупроводниковый детектор закреплен на бачке, сосуд содержит жидкий азот.

Спектрометр по прототипу характеризуется тем, что криостат содержит две трубки, соединенные с металлическим бачком, электронагреватель в виде металлической емкости с двумя отверстиями и закрепленной в полости электронагревателя электрической спиралью, а также воздушный насос, первая трубка соединяет металлический бачок с сосудом, заполненным жидким азотом, вторая трубка соединяет металлический бачок с одним отверстием электронагревателя, второе отверстие электронагревателя соединено с воздушным насосом.

Спектрометр работает следующим образом: электронагреватель, воздушный насос и электронные модули подключают к внешнему источнику питания, воздушный насос создает разрежение в трубках, подключенных к металлическому бачку, благодаря этому жидкий азот из сосуда Дьюара начинает поступать по первой трубке в металлический бачок, проходить через него, затем проходить по второй трубке к нагревателю, переходить в нагревателе в газообразное состояние, после этого газообразный азот проходит через воздушный насос и выбрасывается в окружающее пространство. При этом бачок и установленный на нем полупроводниковый детектор на основе сверхчистого германия охлаждаются до криогенных температур. На полупроводниковый детектор подают высокое напряжение, при попадании заряженной частицы в полупроводниковый детектор происходит ионизация материала полупроводникового детектора, на электродах полупроводникового детектора накапливается заряд, и на выходе зарядочувствительного предварительного усилителя (предусилителя), подключенного к полупроводниковому детектору, формируется сигнал, который усиливается в усилителе и уже усиленный сигнал попадает в формирователь, где формируется нормализованный сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии, потерянной в полупроводниковом детекторе заряженной частицей. Нормализованные сигналы преобразуют в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе, полученные цифровые сигналы поступают в модуль сохранения оцифрованных сигналов, который записывает значения амплитуд оцифрованных сигналов в накопитель цифровых данных в виде жесткого магнитного диска для последующего анализа.

Спектрометр по прототипу содержит систему криогенного охлаждения полупроводникового детектора, что позволяет применять полупроводниковые детекторы на основе сверхчистого германия, обладающие более высокой разрешающей способностью, чем кремниевые полупроводниковые детекторы, эксплуатируемые при комнатной температуре, однако недостатком спектрометра по прототипу является большой расход жидкого азота в условиях ограниченного запаса жидкого азота в сосуде Дюара. Если жидкий азот в сосуде Дьюара закончился, а электрофизическая ядерная установка, например, ускоритель заряженных частиц, продолжает работать, то вход в зону размещения спектрометра для замены сосуда Дьюара с жидким азотом невозможен и это ограничивает возможность набора длительной непрерывной статистики событий.

При разработке заявленного спектрометра решалась задача создания криогенного спектрометра, который мог бы эксплуатироваться непрерывно длительное время без вмешательства оператора в его работу.

Заявленный спектрометр заряженных частиц также содержит полупроводниковый детектор заряженных частиц, электронные модули, криостат, устройство перемещения детектора, электронные модули содержат модули обработки сигналов, вход которых подключен к полупроводниковому детектору, а также модуль сохранения оцифрованных сигналов, вход которого подключен к выходу модулей обработки сигналов, криостат включает в себя сосуд и бачок, при этом полупроводниковый детектор закреплен на бачке, сосуд содержит жидкий азот.

Заявленный спектрометр отличается от спектрометра по прототипу тем, что криостат содержит также трубу, один конец которой закреплен на устройстве перемещения детектора, а также последовательно соединенные ствол, управляемый проходной клапан и соединительную трубку, соединенную вторым концом с сосудом, внутренний диаметр трубы превышает наружный диаметр ствола, часть ствола размещается в полости трубы, ось трубы и ось ствола лежат в одной вертикальной плоскости, в верхней части стенки бачка со стороны ствола имеется сквозное отверстие, бачок закреплен на втором конце трубы, так что полость трубы через указанное сквозное отверстие в стенке бачка соединяется с полостью бачка, в верхней части полости бачка напротив сквозного отверстия установлено зеркало, отражающая поверхность которого образует плоскость, а нормаль к отражающей поверхности зеркала лежит в вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы, и направлена между вертикальной осью, направленной вниз, и горизонтальной осью, направленной в сторону трубы, в нижней части полости бачка имеется горизонтальная поверхность, образованная плоской металлической поверхностью, между указанной горизонтальной поверхностью и дном бачка имеется зазор, на стволе закреплен электромагнитный дальномер, направленный на зеркало, электронные модули содержат также модуль управления клапаном и контроллер, выход модуля управления клапаном подключен к управляемому проходному клапану, выходы контроллера подключены к управляющему входу устройства перемещения детектора, к управляющему входу модуля управления клапаном, к входу электромагнитного дальномера, к управляющим входам модулей обработки сигналов, к управляющему входу модуля сохранения оцифрованных сигналов, входы контроллера подключены к выходу электромагнитного дальномера, к выходу устройства перемещения детектора.

Основной технический результат, достигаемый в результате реализации заявленной полезной модели - уменьшение статистической погрешности измерений энергии регистрируемых спектрометром заряженных частиц за один сеанс работы спектрометра без вмешательства человека в его работу. Снижение статистической погрешности измерений обеспечивается существенным повышением продолжительности непрерывной работы спектрометра и связанным с этим увеличением количества событий ядерных реакций, регистрируемых спектрометром за один сеанс непрерывной работы, с учетом того, что статистическая погрешность измерения энергии зарегистрированных заряженных частиц находится в обратной зависимости от количества зарегистрированных заряженных частиц. Несмотря на то, что при работе со спектрометром согласно заявленной полезной модели регистрацию событий ядерных реакций периодически приходится приостанавливать для заливки жидкого азота в бачок, что снижает статистику регистрируемых событий, время на долив жидкого азота может занимать около одной минуты, а одна операции залива бачка объемом около одного литра обеспечивает работу спектрометра в течение нескольких часов без необходимости долива, поэтому временные потери, связанные с остановкой регистрации заряженных частиц из-за долива жидкого азота в бачок составляет долю процента от всего времени работы спектрометра. В то же время за счет уменьшенного расхода жидкого азота, обусловленного только пассивным испарением, спектрометр может работать намного большее время без необходимости остановки работы ядерной установки, обеспечивающей ядерные реакции, представляющие интерес в эксперименте, по сравнению со спектрометром по прототипу. При этом применение дальномера для регистрации критически малого уровня жидкого азота в бачке позволяет исключить размещение контактных датчиков, чувствительных к криогенным температурам или жидкости, вблизи бачка, находящегося в зоне интенсивного облучения, что могло бы приводить к ложным срабатываниям таких датчиков из-за воздействия ионизирующих излучений. Кроме того, использование дальномера позволяет избежать воздействия мощных электромагнитных систем ускорительной техники, используемых для фокусировки пучков заряженных частиц, работа которых приводит к большим электрическим наводкам на контактных датчиках, которые могли бы быть размещены вблизи бачка с жидким азотом вместо использования дальномера.

В развитие заявленной полезной модели:

труба расположена горизонтально, ось трубы параллельна оси ствола, зеркало образовано полированной металлической поверхностью, нижняя граница зеркала находится не выше оси трубы, ствол нижней частью наружной поверхности касается нижней части внутренней поверхности трубы;

часть горизонтальной поверхности в нижней части полости бачка размещена под зеркалом, при этом, по меньшей мере, часть отражающей поверхности зеркала в проекции на горизонтальную плоскость, в которой лежит указанная горизонтальная поверхность, проецируется на часть указанной горизонтальной поверхности;

ствол содержит две соосные трубки, соединенные между собой по краям, наружный диаметр одной из соосных трубок меньше внутреннего диаметра второй трубки, пространство между указанными трубками герметизировано от пространства снаружи ствола и заполнено несколькими чередующимися слоями металлической фольги и минерального волокна, оборачивающими трубку меньшего диаметра, полость ствола образована полостью трубки меньшего диаметра, оси указанных трубок совпадают между собой;

управляемый проходной клапан выполнен в виде дистанционно управляемого запорного вентиля с электронным управлением, способным находиться в открытом и закрытом состоянии, в открытом состоянии проходного клапана полость ствола соединяется с полостью соединительной трубки, управляемый проходной клапан содержит задвижку в виде пластины из ферромагнитного материала, электромагнит, способный притягивать к себе задвижку, а также пружину, способную отталкивать задвижку от электромагнита, выход модуля управления клапаном подключен к электромагниту, в закрытом состоянии управляемого проходного клапана полость ствола отделена задвижкой от полости соединительной трубки;

электромагнитный дальномер выполнен в виде инфракрасного дальномера, способного излучать инфракрасные электромагнитные волны, принимать отраженные инфракрасные электромагнитные волны и генерировать электрический сигнал, параметры которого однозначно соответствуют длительности промежутка времени между моментом излучения инфракрасной электромагнитной волны и моментом приема отраженной инфракрасной электромагнитной волны, электромагнитный дальномер направлен вдоль оси, параллельной оси трубы и проходящей через полость трубы, сквозное отверстие в стенке бачка и отражающую поверхность зеркала;

устройство перемещения детектора содержит корпус, сервопривод, червячный вал, датчик угла поворота червячного вала, кронштейн, при этом сервопривод и червячный вал закреплены в корпусе, червячный вал соединен с сервоприводом, кронштейн входит в зацепление с червячным валом, полупроводниковый детектор соединен с кронштейном, управляющий вход устройства перемещения детектора образован управляющим входом сервопривода, выход устройства перемещения детектора образован выходом датчика угла поворота червячного вала;

электромагнит управляемого проходного клапана выполнен способным переводить управляемый проходной клапан из открытого состояния в закрытое и из закрытого состояния в открытое,

нормаль к отражающей поверхности зеркала образует острый угол с вертикальной осью, направленной вниз, отложенный в вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы, между вертикальной осью, направленной вниз, и горизонтальной осью, направленной в сторону ствола и параллельной оси ствола,

бачок имеет форму цилиндра с двумя торцами, ось которого ориентирована вертикально, указанное ранее отверстие выполнено в цилиндрической стенке бачка, труба соединена с цилиндрической стенкой бачка, так что труба входит в отверстие в цилиндрической стенке бачка и герметично закреплена в указанном отверстии, нижний торец бачка выполнен из бескислородной меди, полупроводниковый детектор закреплен на нижнем торце бачка, в нижнем торце бачка выполнено углубление цилиндрической формы, при этом верхняя часть нижнего торца образует горизонтальную полированную кольцеобразную поверхность, зеркало выполнено в виде металлической полированной пластины, закрепленной на стенке или верхнем торце бачка,

полупроводниковый детектор включает в себя полупроводниковую пластину и металлическую оправу, выполненную из бескислородной меди, в которой закреплена полупроводниковая пластина, металлическая оправа полупроводникового детектора закреплена на нижнем торце бачка,

полость ствола образована полостью одной из соосных трубок, имеющей меньший диаметр, ствол содержит также две круглые шайбы из полимерного материала, установленные по краям соосных трубок, которые соединяются между собой с помощью указанных шайб, при этом край одной из соосных трубок, имеющей меньший диаметр, входит в отверстие шайбы с натягом между наружной поверхностью трубки меньшего диаметра и отверстием шайбы, а шайба входит в полость второй трубки, имеющей больший диаметр, с натягом между наружной поверхностью шайбы и внутренней поверхностью полости трубки большего диаметра, в которую входит шайба,

площадь указанной горизонтальной поверхности, расположенной в нижней части полости бачка, составляет не менее разности площади сечения полости трубы в плоскости, перпендикулярной оси трубы, и площади сечения ствола по его наружному диаметру в плоскости, перпендикулярной оси ствола,

нормаль к отражающей поверхности зеркала образует угол с вертикальной осью, направленной вниз, выраженный в градусах, который лежит в диапазоне от (45-f) до (45+f). где f=(D-d)/(8L), где D - внутренний диаметр трубы, d - наружный диаметр ствола, L - расстояние от зеркала до электромагнитного дальномера, в предпочтительном исполнении нормаль к отражающей поверхности зеркала образует угол с вертикальной осью, направленной вниз, равный 45 градусам;

модули обработки сигналов содержат последовательно подключенные предусилитель, усилитель, формирователь нормализованных сигналов, аналого-цифровой преобразователь;

спектрометр содержит также фланец и сильфон, фланец установлен на устройстве перемещения полупроводникового детектора, во фланце имеется сквозное отверстие, труба герметично закреплена на фланце, так что полость трубы сообщается через отверстие во фланце с пространством со стороны размещения сосуда с жидким азотом, один край сильфона герметично закреплен на фланце, на втором краю сильфона закреплен фланец для герметичного крепления второго края сильфона к фланцу вакуумированной электрофизической установки, так что вакуумное пространство вакуумной установки соединяется с пространством полости сильфона, при этом пространство полости трубы герметично изолировано от пространства снаружи трубы в полости сильфона;

предусилитель закреплен на устройстве перемещения полупроводникового детектора, усилитель, формирователь нормализованных сигналов, аналого-цифровой преобразователь и модуль сохранения оцифрованных сигналов установлены в лабораторной стойке, во фланце установлены сквозные вакуумные электрические вводы, полупроводниковый детектор подключен с помощью кабеля к вакуумному вводу со стороны полости сильфона, с противоположной стороны фланца к этому же вакуумному вводу подключен кабель, соединяющий его с входом предусилителя, выход которого подключен к входу усилителя, выход которого подключен к входу формирователя нормализованных сигналов, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к входу компьютерного модуля сохранения оцифрованных сигналов на накопителе цифровых данных.

Спектрометр предназначен для выполнения длительных измерений энергии заряженных частиц (ядерных фрагментов и элементарных частиц) в зоне воздействия ионизирующего излучения, где нахождение человека во время выполнения ядерно-физического эксперимента не допустимо, а также вблизи электрофизических установок, генерирующих мощное электромагнитное поле, в частности, вблизи ускорителей заряженных частиц, накопительных колец, систем электромагнитной фокусировки пучков заряженных частиц.

На фиг. 1 показана схема спектрометра заряженных частиц;

на фиг. 2 показана схема бачка для жидкого азота;

на фиг. 3 показана схема управляемого проходного клапана;

на фиг. 4 показана схема подключения электронных модулей спектрометра.

На фиг. 1 показана схема спектрометра в предпочтительном варианте реализации заявленной полезной модели. Спектрометр заряженных частиц содержит полупроводниковый детектор заряженных частиц 1 (далее - полупроводниковый детектор 1), криостат, устройство перемещения детектора 2 и электронные модули. Полупроводниковый детектор 1 содержит полупроводниковую пластину 11 из сверхчистого германия толщиной от 0,5 см до 2 см и металлическую оправу 12 из бескислородной меди, в которой с помощью лепестков 13, изготовленных из бериллиевой бронзы, закреплена полупроводниковая пластина 11.

Криостат представляет собой систему охлаждения полупроводникового детектора 1 с помощью жидкого азота и включает в себя сосуд Дьюара 3 объемом 25 л и бачок 4, при этом полупроводниковый детектор 1 закреплен на бачке 4, а сосуд Дьюара 3 содержит жидкий азот 33. На фиг. 1 сосуд Дьюара 3 показан схематично в более мелком масштабе, чем другие элементы конструкции спектрометра. Криостат содержит также трубу 34, один конец которой закреплен на устройстве перемещения детектора 2 с помощью фланца 75, который закреплен на кронштейне 21 устройства перемещения детектора 2, а труба 34 герметично закреплена с помощью сварки в сквозном отверстии во фланце 75. Криостат содержит также последовательно соединенные ствол 5, дистанционно управляемый проходной клапан 30 с дискретным регулированием и электронным управлением (далее - клапан 30) и соединительную трубку 35, один конец которой соединен с клапаном 30, а второй конец герметично соединен с сосудом Дьюара 3, при этом соединительная трубка 35 соединена с входным отверстием клапана 30, а ствол 5 соединен с выходным отверстием клапана 30. Край соединительной трубки 37 образует зазор с дном сосуда 32, достаточный для прохождения жидкого азота 33 из сосуда Дьюара 3 в полость соединительной трубки 35. Клапан сброса избыточного давления 81 также герметично соединен с сосудом Дьюара 3 для автоматического сброса избыточного давления выше заданного порога, возникающего в полости сосуда Дьюара 3.

На фиг. 2 подробно показана схема бачка 4. В верхней части стенки бачка 47 со стороны ствола 5 имеется сквозное отверстие 50, бачок 4 закреплен на конце трубы 34, так что полость трубы 38 через сквозное отверстие 50 в стенке бачка 47 соединяется с полостью бачка 39. В верхней части полости бачка 39 напротив отверстия 50 установлено зеркало 42, отражающая поверхность которого 90 образует плоскость, а нормаль к отражающей поверхности зеркала 91 лежит в вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы 36, и направлена между вертикальной осью 92, направленной вниз, и горизонтальной осью 93, направленной в сторону трубы 34 и параллельной оси трубы 36. В нижней части полости бачка 39 имеется горизонтальная поверхность 63, образованная плоской металлической поверхностью, между горизонтальной поверхностью 63 и дном бачка 64 имеется зазор 65. Позицией 62 показан уровень жидкого азота, когда электромагнитные волны 94, испущенные электромагнитным дальномером 31, могут отражаться от отражающей поверхности зеркала 90, затем отраженные от зеркала 42 электромагнитные волны 95 могут отражаться от горизонтальной поверхности 63 как электромагнитные волны 96, а затем, отразившись от зеркала 42 как электромагнитные волны 97 регистрироваться электромагнитным дальномером 31.

Труба 34 расположена горизонтально, ось трубы 36 параллельна оси ствола 57. Часть ствола 5 размещается в полости трубы 38, ось трубы 36 и ось ствола 57 параллельны между собой и лежат в одной вертикальной плоскости. При этом внутренний диаметр трубы 34 составляет 24 мм и вдвое превышает наружный диаметр ствола 5, который составляет 12 мм. На стволе 5 с его наружной стороны закреплен инфракрасный электромагнитный дальномер 31 типа SHARP GP2Y0A21YK0F, направленный на зеркало 42, а также коллиматор 83, размещенный между электромагнитным дальномером 31 и зеркалом 42 и способный ограничить направления, с которых электромагнитный дальномер 31 может принимать электромагнитные волны. Коллиматор 83 изготовлен в виде трубки, через которую вдоль ее оси могут проходить электромагнитные волны.

Зеркало 42 образовано полированной металлической поверхностью металлической пластины из немагнитной нержавеющей стали, нижняя граница зеркала находится на оси трубы 36, ствол 5 нижней частью наружной поверхности касается нижней части внутренней поверхности трубы 34, так что при перемещении полупроводникового детектора 1 с помощью устройства перемещения детектора 2 вместе с трубой 34 относительно ствола 5 ствол 5 скользит по внутренней поверхности трубы 34.

Бачок 4, предназначенный для наполнения его жидким азотом 41, имеет форму цилиндра с двумя торцами - нижним торцом 61 и верхним торцом 48. Ось бачка 40 ориентирована вертикально, отверстие 50 выполнено в цилиндрической стенке бачка 47, труба 34 соединена с цилиндрической стенкой бачка 47, так что труба 34 входит в отверстие 50 в цилиндрической стенке бачка 47 и герметично закреплена в отверстии 50 посредством лазерной сварки. Нижний торец бачка 61 выполнен из бескислородной меди, цилиндрическая стенка 47 и верхний торец бачка 48 изготовлены из немагнитной нержавеющей стали.

В нижнем торце бачка 61 со стороны полости бачка 39 выполнено углубление 66 цилиндрической формы, при этом ось 69 цилиндра, образующего углубление 66, ориентирована вертикально, а верхняя часть нижнего торца бачка 61 образует горизонтальную полированную кольцеобразную поверхность 63 с переменной шириной кольца. Зеркало 42 закреплено с помощью сварки на верхнем торце бачка 48. Часть горизонтальной поверхности 63 размещена под зеркалом 42, при этом часть отражающей поверхности зеркала 90 в проекции на горизонтальную плоскость, в которой лежит горизонтальная поверхность 63, пересекается с частью горизонтальной поверхности 63. Внутренний диаметр бачка 4 составляет 60 мм, а внутренний диаметр углубления 66 составляет 25 мм, при этом площадь горизонтальной поверхности 63 составляет 2975 кв. мм. Площадь сечения полости трубы 34 в плоскости, перпендикулярной оси трубы 36, составляет 576 кв. мм, площадь сечения ствола 5 по его наружному диаметру в плоскости, перпендикулярной оси ствола 57, составляет 196 кв. мм, поэтому разность площади сечения полости трубы 34 и площади сечения ствола 5 по его наружному диаметру составляет 380 кв.мм. Таким образом, площадь горизонтальной поверхности 63 в несколько раз превышает разность площади сечения полости трубы 34 и площади сечения ствола 5 по его наружному диаметру.

Нормаль к отражающей поверхности зеркала 91 образует острый угол с вертикальной осью 92 между вертикальной осью 92 и горизонтальной осью 93, так что нормаль к отражающей поверхности зеркала 91 образует острый угол с горизонтальной осью 93. В предпочтительном исполнении нормаль к отражающей поверхности зеркала 91 образует угол с вертикальной осью 92, равный 45 градусам. В общем случае нормаль к отражающей поверхности зеркала 91 может образовывать угол с вертикальной осью 92, отложенный в направлении оси 93, выраженный в градусах, который лежит в диапазоне от (45-f) до (45+f), где f=(D-d)/(8L), где D - внутренний диаметр трубы 34, d - наружный диаметр ствола 5, L - расстояние от электромагнитного дальномера 31 до ближайшей точки зеркала 42.

Полупроводниковый детектор 1 закреплен на нижнем торце бачка 61, для этого в нижнем торце бачка 61 с нижней стороны выполнены два вертикальных цилиндрических отверстия 67, 68 с метрической резьбой М10 и М6 соответственно, металлическая оправа полупроводникового детектора 12 закреплена на нижнем торце бачка 61 с помощью двух винтов 14, 15 с метрической резьбой М10 и М6 соответственно, которые завернуты в отверстия 67 и 68 соответственно.

Ствол 5 содержит две соосные трубки 51 и 52, соединенные между собой по краям. Трубка 51 изготовлена из немагнитной нержавеющей стали и имеет внутренний диаметр 5 мм и толщину стенки 0,5 мм. Трубка 52 изготовлена из полистирола и имеет наружный диаметр 12 мм и толщину стенки 1 мм. Пространство 56 между соосными трубками 51, 52 заполнено несколькими чередующимися слоями металлической фольги и минерального волокна, оборачивающими трубку 51, имеющую меньший внутренний и наружный диаметр. Полость ствола 55 образована полостью трубки 51 меньшего диаметра, ствол 5 содержит также две круглые шайбы, установленные по краям соосных трубок 51, 52, которые соединяются между собой с помощью указанных шайб, при этом используется посадка шайб с натягом.

На фиг. 2 показана круглая шайба 53 из полимерного материала в виде капролона. При этом край трубки 51 входит в круглое отверстие шайбы 53 с натягом между наружной поверхностью трубки 51 и отверстием шайбы 53, а шайба 53 входит в полость трубки 52, имеющей больший внутренний и наружный диаметр, с натягом между наружной поверхностью шайбы 53 и внутренней поверхностью полости трубки 52 большего диаметра. Аналогично другой край трубки 51 входит в круглое отверстие второй шайбы с натягом между наружной поверхностью трубки 51 и отверстием второй шайбы, а вторая шайба входит в полость трубки 52 большего диаметра с натягом между наружной поверхностью второй шайбы и внутренней поверхностью полости трубки 52.

Управляемый проходной клапан 30 представляет собой дистанционно управляемый запорный проходной вентиль с электронным управлением и дискретным регулированием и содержит элементы составного корпуса 621, 622, 623 (см. фиг. 3), электромагнит 601 с подключенным к нему электрическим проводом (кабелем) 606, задвижку 602, изготовленную в виде пластины из ферромагнитного материала, а также пружину 603 и имеет входное отверстие 604 и выходное отверстие 605, входное отверстие 604 с помощью герметичного трубного резьбового соединения 611 соединено с соединительной трубкой 35, а выходное отверстие 605 с помощью резиновой муфты 610 соединено с трубкой 51 ствола 5.

Клапан 30 выполнен способным находиться в открытом и закрытом состоянии. Электромагнит 601 выполнен способным переводить клапан 30 из открытого состояния в закрытое и из закрытого состояния в открытое путем перемещения задвижки 602, поскольку электромагнит 601 способен притягивать задвижку 602, если по кабелю 606, подключенному к электромагниту 601, поступает электропитание. При этом задвижка 602 открывает проход между полостью 608 и выходным отверстием 605. В открытом состоянии клапана 30 через электромагнит 602 течет электрический ток, задвижка 602 притягивается к электромагниту 601, и жидкий азот течет из полости соединительной трубки 35 через входное отверстие 604, полость 608, отверстия в задвижке 607, выходное отверстие 605 в полость трубки 51. Таким образом, в открытом состоянии клапана 30 область пространства полости ствола 55 через области пространства полостей в клапане 30 соединяется с областью пространства полости соединительной трубки 35, соединенной с сосудом Дьюара 3, и с пространством внутри сосуда Дьюара 3, заполненным жидким азотом 33.

Если электрический ток не течет через электромагнит 601, то пружина 603 прижимает задвижку 602 к кольцевому выступу 612, так что задвижка 602 перекрывает проход между полостью 608 и выходным отверстием 605 и, соответственно, препятствуют соединению области пространства полости ствола 55 с областью пространства полости соединительной трубки 35, поэтому при закрытом состоянии клапана 30 жидкий азот не может попасть через соединительную трубку 35 из сосуда Дьюара 3 в полость ствола 55. В предпочтительном исполнении задвижка 602 изготовлена из магнитомягкой стали, шестигранник 609 позволяет использовать гаечный ключ для закрепления клапана 30 на соединительной трубке 35.

Область пространства полости трубы 38 (см. фиг. 2) через отверстие 50 в стенке бачка 47 соединяется с областью пространства полости бачка 39, размер отверстия 50 достаточен для того, чтобы при горизонтальном перемещении бачка 4 относительно ствола 5 ствол 5 мог через отверстие 50 углубиться в полость бачка 39.

В предпочтительном исполнении электромагнитный дальномер 31 выполнен в виде инфракрасного дальномера, способного излучать инфракрасные электромагнитные волны 94, принимать отраженные инфракрасные электромагнитные волны 97 и генерировать электрический цифровой ШИМ-сигнал, параметры которого (скважность) зависят от длительности промежутка времени между моментом излучения инфракрасной электромагнитной волны 94 и моментом приема инфракрасной электромагнитной волны 97, отраженной от зеркала 42 и горизонтальной поверхности 63.

Спектрометр содержит также фланец 75 (см. фиг. 1). В одном сквозном отверстии, выполненном во фланце 75, проходит труба 34, которая герметично заварена в указанном отверстии. Во втором отверстии во фланце 75 установлен герметичный электрический ввод 17, который герметично заварен во фланце 75. Полупроводниковый детектор 1 размещается в вакуумированной области 76, соединяющейся с вакуумированной областью электрофизической установки 77. Вакуумирование обеспечивается с помощью цилиндрического герметичного сильфона 72, на концах которого герметично закреплены фланцы 73, 74. На фланце 75 закреплен фланец 74, фланец 73 закреплен на фланце электрофизической установки 71. Полость электрофизической установки 77 вакуумирована и соединяется с полостью накопительного кольца, в котором аккумулируются пучки заряженных частиц. При этом пространство полости трубы 38 герметично изолировано от пространства полости сильфона 76. Ось фланца электрофизической установки 70, ось сильфона 72 и оси фланцев 73, 74 совпадают между собой.

Сильфон 72 изготовлен из множества сваренных между собой колец из тонколистовой немагнитной нержавеющей стали. Кольца сварены с соседними кольцами попеременно по внутреннему и по внешнему круглому краю - каждое кольцо, сваренное с одним из соседних колец по внутреннему круглому краю, сварено со вторым соседним кольцом по внешнему круглому краю, так что множество колец образует «гармошку», поэтому сильфон 72 может сжиматься и растягиваться вдоль своей оси, сохраняя герметичность полости сильфона 76 при перемещении бачка 4 с установленным на нем полупроводниковым детектором 1 в область полости электрофизической установки 77 благодаря сжатию сильфона 72 и при обратном движении благодаря растяжению сильфона 72. В межфланцевых соединениях сильфона 72 используются прокладки из бескислородной меди.

Устройство перемещения детектора 2 способно линейно перемещать полупроводниковый детектор 1 с бачком 4 в горизонтальной плоскости вдоль оси, параллельной оси сильфона 72. Устройство перемещения детектора 2 содержит сервопривод 23, на валу которого закреплен червячный вал 24, который входит в зацепление с резьбовым отверстием в кронштейне 21, так что вращение червячного вала 24 приводит к линейному перемещению кронштейна 21 вдоль оси, параллельной оси сильфона 72, в направлениях, указанных стрелками 26, в зависимости от направления вращения червячного вала 24. Второй конец червячного вала 24 соединен с датчиком угла поворота червячного вала 25, который позволяет измерять угол поворота червячного вала 24 и соответствующее этому углу значение линейного перемещения кронштейна 21 и, соответственно, бачка 4 с установленным на нем полупроводниковым детектором 1.

Электронные модули (см. фиг. 4) содержат модули обработки сигналов, поступающих от полупроводникового детектора 1, модуль сохранения оцифрованных сигналов 180, способный сохранять оцифрованные сигналы на носителе цифровых данных 181, входящем в состав модуля сохранения оцифрованных сигналов 180, а также контроллер 120 и модуль управления клапаном 130. При этом вход модулей обработки сигналов подключен к полупроводниковому детектору 1. Модули обработки сигналов содержат последовательно подключенные зарядочувствительный предварительный усилитель 140 (далее - предусилитель 140), усилитель 150, формирователь нормализованных сигналов 160, аналого-цифровой преобразователь 170. Вход модулей обработки сигналов образован входом предусилителя 140, а выход модулей обработки сигналов образован выходом аналого-цифрового преобразователя 170. Примеры реализации электронных модулей обработки сигналов, поступающих от полупроводникового детектора, и модуля сохранения оцифрованных сигналов 180 хорошо известны из уровня техники, в том числе из источника, в котором описан прототип заявленной полезной модели.

Предусилитель 140 закреплен на фланце 75 с помощью кронштейна 84, усилитель 150, формирователь нормализованных сигналов 160, аналого-цифровой преобразователь 170, модуль сохранения оцифрованных сигналов 180, контроллер 120, модуль управления клапаном 130 выполнены в виде функциональных модулей в стандарте КАМАК и установлены в крейте лабораторной стойки 190, обеспечивающей сопряжение с магистрально-модульной шиной в конструктиве «Евромеханика». Стойка 190 расположена на расстоянии от 5 до 20 м от предусилителя 140. Полупроводниковый детектор 1 с помощью кабеля 16 подключен к герметичному электрическому вакуумному вводу 17 со стороны полости сильфона 72, с другой стороны к герметичному электрическому вводу 17 подключен кабель 82, второй конец которого подключен к входу предусилителя 140, выход которого с помощью кабеля 141 подключен к входу усилителя 150, выход которого подключен к входу формирователя нормализованных сигналов 160, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 170, выход которого подключен к входу компьютерного модуля сохранения оцифрованных сигналов 180, способного сохранять оцифрованные данные на накопителе цифровых данных 181 в виде жесткого магнитного диска или флеш-накопителя.

Контроллер 120 выполнен в виде контроллера Arduino UNO с микроконтроллером типа ATmega328p, флеш-памятью объемом 32 кбайт и SRAM-памятью объемом 2 кбайт. Модули флеш-памяти контроллера 120 используются для хранения алгоритмической программы, которую выполняет микроконтроллер ATmega328p, а модули SRAM-памяти используются для хранения переменных величин, используемых алгоритмической программой при ее выполнении. Алгоритмическую программу записывают во флеш-память при подключении к контроллеру 120 программатора или компьютера, на котором предварительно создается исходный, а затем объектный код программы.

Контроллер 120 подключен к входу и выходу электромагнитного дальномера 31, входу модуля управления клапаном 130, управляющему входу сервопривода 23, выходу датчика угла поворота червячного вала 25, управляющему входу формирователя нормализованных сигналов 160, управляющему входу модуля сохранения оцифрованных сигналов 180. Сервопривод 23 выполнен в виде синхронного электромеханического сервопривода вращательного движения.

Инфракрасный электромагнитный дальномер 31 периодически по сигналу от контроллера 120 излучает направленный инфракрасный сигнал 94 в сторону зеркала 42 и принимает отраженный инфракрасный сигнал 97. Контроллер 120 получает от инфракрасного дальномера 31 закодированное значение промежутка времени между моментом излучения электромагнитной волны 94 и моментом приема отраженной электромагнитной волны 97, и на основании этого значения рассчитывает расстояние между дальномером 31 и горизонтальной поверхностью 63. Контроллер 120 подает управляющие сигналы на сервопривод 23 для поворота червячного вала 24 на угол, который контроллер 120 рассчитывает в зависимости от дистанции, на которую нужно переместить кронштейн 21 вместе с полупроводниковым детектором 1. После каждого изменения угла поворота червячного вала 24 контроллер 120 анализирует сигналы от датчика угла поворота червячного вала 25.

Модуль управления клапаном 130 выполнен в виде электрического силового реле, имеющего силовые входы, силовые выходы и цифровой вход управления (управляющий вход). Цифровой вход управления электрического силового реле подключен к одному из выходов контроллера 120, силовые выходы электрического силового реле подключены к входам электромагнита 601 с помощью кабеля 606 (фиг. 3). Силовые входы электрического силового реле подключены к источнику питания, обеспечивающему напряжение и ток, необходимые электромагниту 601 для переключения клапана 30 из закрытого в открытое состояние.

Спектрометр предназначен для выполнения длительных измерений энергии заряженных частиц (ядерных фрагментов и элементарных частиц) с энергией от нескольких Мэв до нескольких десятков Мэв в зоне воздействия ионизирующего излучения, где нахождение человека во время выполнения ядерно-физического эксперимента не допустимо, а также вблизи электрофизических установок, генерирующих мощное электромагнитное поле, в частности, вблизи ускорителей заряженных частиц, накопительных колец, систем электромагнитной фокусировки пучков заряженных частиц.

Заявленный спектрометр работает следующим образом.

Кронштейн 21 устройства перемещения детектора 2 устанавливают в положение, максимально близкое к сервоприводу 23. Устройство перемещения детектора 2 устанавливают на горизонтальной поверхности так, чтобы ось, вдоль которой может перемещаться кронштейн 21 в направлениях 26, была параллельна оси фланца электрофизической установки 70, а ось сильфона 72 совпадала с осью фланца электрофизической установки 70. На фланце 75 герметично закрепляют фланец сильфона 74, а второй фланец сильфона 73 герметично закрепляют на фланце электрофизической установки 71. После этого кронштейн 21 переводят в положение, при котором должна осуществляться заливка жидкого азота в бачок 4. Сосуд Дьюара 3, заполненный жидким азотом, устанавливают рядом с фланцем 75, шток 5 погружают в полость трубы 34 так, чтобы край штока вошел в полость бачка 39, на штоке 5 закрепляют клапан 30 и соединительную трубку 35, второй конец которой закрепляют в сосуде Дьюара 3.

Электронные модули и сервопривод 23 подключают к внешнему источнику питания, на полупроводниковый детектор 1 подают высокое напряжение. Инфракрасный электромагнитный дальномер 31 излучает электромагнитную волну 94 в направлении зеркала 42, электромагнитная волна 94 отражается от поверхности зеркала 90 в направлении горизонтальной поверхности 63 в виде электромагнитной волны 95, затем отражается от горизонтальной поверхности 63 в виде электромагнитной волны 96, отражается от поверхности зеркала 90 и в виде электромагнитной волны 97 приходит в электромагнитный дальномер 31. При регистрации электромагнитной волны 97 дальномер 31 посылает в контроллер 120 ШИМ-сигнал, соответствующий промежутку времени между моментом излучения электромагнитной волны 94 и моментом приема отраженной электромагнитной волны 97. Контроллер 120 на основании полученного значения промежутка времени между моментом излучения электромагнитной волны 94 и моментом приема отраженной электромагнитной волны 97 рассчитывает дистанцию L1 от дальномера 31 до горизонтальной поверхности 63. На основании полученного значения дистанции L1 рассчитывается значение дистанции между дальномером 31 и горизонтальной поверхностью 63, которое ожидается, когда устройство перемещения детектора 2 сместит бачок 4 с установленным на нем полупроводниковым детектором 1 в сторону электрофизической установки на дистанцию L2 в рабочее положение полупроводникового детектора 1, когда должны производиться измерения энергии заряженных частиц. Определяется диапазон дистанции от L3 до L4, где L3=L1+L2-dL, L4=L1+L2+dL, где dL - полуширина диапазона допустимых значений дистанции между дальномером 31 и горизонтальной поверхностью 63. Значения L3, L4 записывают в SRAM-память контроллера 120. Значения L2 и dL записывают в SARM-память контроллера 120 во время записи программы управления контроллером 120 во FLASH-память контроллера 120, поэтому на момент расчета значений L3, L4 значения L2, dL доступны как переменные в SRAM-памяти контроллера 120. Сразу после этого контроллер 120 запускает таймер, отсчитывающий промежуток времени заливки жидкого азота в бачок 4. Как правило, этот промежуток времени составляет от 10 до 20 секунд. Одновременно контроллер 120 подает цифровой сигнал на модуль управления клапаном 130 на перевод клапана 30 в открытое состояние. Поскольку сосуд Дьюара 3 герметично закрыт, то испарение жидкого азота приводит к появлению в полости сосуда Дьюара избыточного давления, под действием которого жидкий азот 33 выталкивается из сосуда Дюара 3 по соединительной трубке 35 через клапан 30 и полость трубки 51 в полость бачка 39. Когда таймер контроллера 120 сигнализирует о том, что промежуток времени, необходимый для заливки жидкого азота в бачок 4, закончился, контроллер 120 подает цифровой сигнал на модуль управления клапаном 130 на перевод клапана 30 в закрытое состояние. Сразу после этого контроллер 120 подает цифровой сигнал на сервопривод 23 на перемещение кронштейна 21 в направлении электрофизической установки на дистанцию L2, значение которой доступно в виде переменной в SRAM-памяти контроллера 120.

Во время перемещения кронштейна 21 контроллер 120 принимает цифровые сигналы от датчика угла поворота червячного вала 25, преобразует значения угла поворота червячного вала 24 в дистанцию, на которую переместился кронштейн 21, и сравнивает со значением L2. Если кронштейн 21 остановился, а значение пройденной дистанции, рассчитанное по показаниям датчика угла поворота червячного вала 25, меньше L2, и разность этих значений больше заданного допустимого отклонения, то контроллер 120 подает цифровой сигнал на сервопривод 23 на перемещение кронштейна 21 в направлении электрофизической установки на дистанцию, равную разности значения L2 и значения пройденной дистанции, рассчитанного по показаниям датчика угла поворота червячного вала 25. Если же кронштейн 21 движется, а значение пройденной дистанции, рассчитанное по показаниям датчика угла поворота червячного вала 25, больше L2, то контроллер 120 подает на сервопривод 23 цифровой сигнал на перемещение кронштейна 21 в обратном направлении - от электрофизической установки на дистанцию, равную разности значения пройденной дистанции, рассчитанного по показаниям датчика угла поворота червячного вала 25, и значения L2.

Если кронштейн 21 остановился, и разность значения пройденной дистанции, рассчитанного по показаниям датчика угла поворота червячного вала 25, и значения L2 меньше заданного допустимого отклонения, контроллер 120 подает цифровой сигнал на управляющий вход формирователя нормализованных сигналов 160, разрешающий формирование нормализованных сигналов и синхронизирующих цифровых сигналов. Кроме этого, контроллер 120 подает цифровой сигнал на управляющий вход модуля сохранения оцифрованных сигналов 180 для начала записи цифровых данных в накопителе цифровых данных 181.

При попадании заряженной частицы в полупроводниковый детектор 1 происходит ионизация материала полупроводникового детектора 1, на электродах полупроводникового детектора 1 накапливается заряд, и на выходе зарядочувствительного предусилителя 140 формируется сигнал, который усиливается в усилителе 150, а усиленный сигнал попадает в формирователь нормализованных сигналов 160, где формируется нормализованный сигнал, амплитуда которого пропорциональна энергии, потерянной в полупроводниковом детекторе 1 заряженной частицей, а также цифровой синхронизирующий сигнал, который подается на управляющий вход аналого-цифрового преобразователя 170 для запуска аналого-цифрового преобразования нормализованного сигнала, поступающего от формирователя нормализованных сигналов 160 на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя 170. Нормализованные сигналы преобразуют в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе 170, полученные оцифрованные сигналы, соответствующие амплитудам сигналов, поступают в компьютерный модуль сохранения оцифрованных сигналов 180, который накапливает в оперативной памяти принятые цифровые данные, формирует блоки данных и записывает полученные блоки данных в накопитель цифровых данных 181 в виде жесткого магнитного диска или флеш-накопителя для последующего анализа.

Во время сбора данных от полупроводникового детектора 1 контроллер 120 с помощью дальномера 31 периодически измеряет расстояние от дальномера 31 до горизонтальной поверхности 63. Если отраженный сигнал, соответствующий отражению от горизонтальной поверхности 63, не приходит, это означает, что бачок 4 заполнен жидким азотом и измерения продолжаются. Если зарегистрирована отраженная электромагнитная волна 97, то контроллер 120 измеряет дистанцию от дальномера 31 до поверхности, от которой отразилась электромагнитная волна 95. Контроллер 120 сравнивает измеренное значение дистанции с предустановленным диапазоном значений L3, L4, записанным в виде переменных в SRAM-памяти контроллера 120, который соответствует фактическому расстоянию от дальномер 31 до горизонтальной поверхности 63, расширенному с ученом экспериментальной погрешности измерений дистанции. Если измеренное значение попадает в указанный диапазон, значит, уровень жидкого азота ниже уровня горизонтальной поверхности 63 и требуется долив жидкого азота в бачок 4. В этом случае контроллер 120 подает цифровой сигнал на управляющий вход формирователя нормализованных сигналов 160, запрещающий формирование нормализованных сигналов и синхронизирующих цифровых сигналов. Кроме этого, контроллер 120 подает цифровой сигнал на управляющий вход модуля сохранения оцифрованных сигналов 180 для приостановки записи данных оцифрованных сигналов в накопитель цифровых данных 181. После этого контроллер 120 подает цифровой сигнал на сервопривод 23 на перемещение кронштейна 21 в направлении от электрофизической установки на дистанцию L2.

Если кронштейн 21 остановился, и разность значения пройденной дистанции, рассчитанного по показаниям датчика угла поворота червячного вала 25, и значения L2 меньше заданного допустимого отклонения, контроллер 120 запускает таймер, отсчитывающий промежуток времени заливки жидкого азота в бачок 4. Одновременно контроллер 120 подает цифровой сигнал на модуль управления клапаном 130 на перевод клапана 30 в открытое состояние для заливки жидкого азота в бачок 4, далее повторяют описанные выше операции по заливке жидкого азота, позиционированию кронштейна 21 в рабочее положение и выполнению измерений с помощью полупроводникового детектора 1 и инфракрасного электромагнитного дальномера 31. Благодаря регулярному доливу жидкого азота бачок 4 и установленный на нем полупроводниковый детектор на основе сверхчистого германия эксплуатируется при криогенных температурах. При использовании сосуда Дьюара объемом 25 л спектрометр позволяет производить измерения в течение нескольких суток без вмешательства оператора в работу спектрометра.

Claims (7)

1. Спектрометр заряженных частиц, содержащий полупроводниковый детектор заряженных частиц, электронные модули, криостат, устройство перемещения детектора, электронные модули содержат модули обработки сигналов, вход которых подключен к полупроводниковому детектору, а также модуль сохранения оцифрованных сигналов, вход которого подключен к выходу модулей обработки сигналов, криостат включает в себя сосуд и бачок, при этом полупроводниковый детектор закреплен на бачке, сосуд содержит жидкий азот, отличающийся тем, что криостат содержит также трубу, один конец которой закреплен на устройстве перемещения детектора, а также последовательно соединенные ствол, управляемый проходной клапан и соединительную трубку, соединенную вторым концом с сосудом, внутренний диаметр трубы превышает наружный диаметр ствола, часть ствола размещается в полости трубы, ось трубы и ось ствола лежат в одной вертикальной плоскости, в верхней части стенки бачка со стороны ствола имеется сквозное отверстие, бачок закреплен на втором конце трубы, так что полость трубы через указанное сквозное отверстие в стенке бачка соединяется с полостью бачка, в верхней части полости бачка напротив сквозного отверстия установлено зеркало, отражающая поверхность которого образует плоскость, а нормаль к отражающей поверхности зеркала лежит в вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы, и направлена между вертикальной осью, направленной вниз, и горизонтальной осью, направленной в сторону трубы, в нижней части полости бачка имеется горизонтальная поверхность, образованная плоской металлической поверхностью, между указанной горизонтальной поверхностью и дном бачка имеется зазор, на стволе закреплен электромагнитный дальномер, направленный на зеркало, электронные модули содержат также модуль управления клапаном и контроллер, выход модуля управления клапаном подключен к управляемому проходному клапану, выходы контроллера подключены к управляющему входу устройства перемещения детектора, к управляющему входу модуля управления клапаном, к входу электромагнитного дальномера, к управляющим входам модулей обработки сигналов, к управляющему входу модуля сохранения оцифрованных сигналов, входы контроллера подключены к выходу электромагнитного дальномера, к выходу устройства перемещения детектора.

2. Спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что труба расположена горизонтально, ось трубы параллельна оси ствола, зеркало образовано полированной металлической поверхностью, нижняя граница зеркала находится не выше оси трубы, ствол нижней частью наружной поверхности касается нижней части внутренней поверхности трубы.

3. Спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что часть горизонтальной поверхности в нижней части полости бачка размещена под зеркалом, при этом, по меньшей мере, часть отражающей поверхности зеркала в проекции на горизонтальную плоскость, в которой лежит указанная горизонтальная поверхность, проецируется на часть указанной горизонтальной поверхности.

4. Спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что ствол содержит две соосные трубки, соединенные между собой по краям, наружный диаметр одной из соосных трубок меньше внутреннего диаметра второй трубки, пространство между указанными трубками герметизировано от пространства снаружи ствола и заполнено несколькими чередующимися слоями металлической фольги и минерального волокна, оборачивающими трубку меньшего диаметра, полость ствола образована полостью трубки меньшего диаметра.

5. Спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что управляемый проходной клапан выполнен в виде дистанционно управляемого запорного вентиля с электронным управлением, способным находиться в открытом и закрытом состоянии, в открытом состоянии проходного клапана полость ствола соединяется с полостью соединительной трубки, управляемый проходной клапан содержит задвижку в виде пластины из ферромагнитного материала, электромагнит, способный притягивать к себе задвижку, а также пружину, способную отталкивать задвижку от электромагнита, выход модуля управления клапаном подключен к электромагниту, в закрытом состоянии управляемого проходного клапана полость ствола отделена задвижкой от полости соединительной трубки.

6. Спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что электромагнитный дальномер выполнен в виде инфракрасного дальномера, способного излучать инфракрасные электромагнитные волны, принимать отраженные инфракрасные электромагнитные волны и генерировать электрический сигнал, параметры которого однозначно соответствуют длительности промежутка времени между моментом излучения инфракрасной электромагнитной волны и моментом приема отраженной инфракрасной электромагнитной волны, электромагнитный дальномер направлен вдоль оси, параллельной оси трубы и проходящей через полость трубы, сквозное отверстие в стенке бачка и отражающую поверхность зеркала.

7. Спектрометр по п. 1, отличающийся тем, что устройство перемещения детектора содержит корпус, сервопривод, червячный вал, датчик угла поворота червячного вала, при этом кронштейн, сервопривод и червячный вал закреплены в корпусе, червячный вал соединен с сервоприводом, кронштейн входит в зацепление с червячным валом, полупроводниковый детектор соединен с кронштейном, управляющий вход устройства перемещения детектора образован управляющим входом сервопривода, выход устройства перемещения детектора образован выходом датчика угла поворота червячного вала.

Images