СП приемники излучения

СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

С помощью сверхпроводников можно уловить чрезвычайно сла­бое излучение. Для этой цели используют приборы, называемые болометрами. Назначение болометра состоит в измерении мощности теплового из­лучения, как правило, очень слабого. В сверхпроводниковых болометрах мерой мощности принимаемого излучения служит изменение электрического сопротивления. На рисунке 6.15.1 представлена температурная зависимость сопротивления чистого олова в области температуры его перехода. Если падающее излучение может вызвать хотя бы незначительное изменение температуры образца олова (например, на 10–4 К), то легко можно измерить вызванное при этом увеличение сопротивления. Такие болометры исполь­зуют в инфракрасной области длин волн (примерно от 10 до 1000 мкм), где измерить мощность излучения другими средствами трудно.

Сверхпроводящие болометры обладают весьма существенными достоинствами. В связи с тем что они работают при низ­ких температурах, в них очень слабы так называемые флуктуационные шумы. Естест­венно, что внешнее излучение, мощность которого имеет тот же порядок или меньше мощности тепловых шумов, надежно изме­рить невозможно: сигнал от него тонет в шумах.

Рис. 6.15.1.

Для болометра со сверхпроводни­ковым приемником площадью 3х3 мм при температуре 4 К и времени измерения 1 с мощность шумов составляет 10–16 Bt. Для сравнения скажем, что предел чувствительности нашего слуха составляет примерно 10–12 Вт, а зрения — около 10–18 Вт. Но в отличие от наших органов слуха и зрения болометр является объективным прибором и вместе с тем реагирует на излучение в очень широком диапазоне длин волн. Кроме того, очень высока чувствительность сверхпроводящих болометров к из­менению их температуры. Можно получить изменение сопротивления в 1000 Ом на каждый градус. Такие сопротивления легко фиксировать, поэтому болометры могут уловить ничтожно малый тепловой сигнал. Кро­шечные сверхпроводящие площадки размером в несколько квадратных миллиметров могут надежно улавливать сигнал мощностью порядка 10–|2 Вт. Правда, резкость кривой фазового перехода требует высокой точности поддержания рабочего режима.

Сверхпроводники плохо проводят и запасают тепло, так что полученная доза излучения не расползается по чувствительному элементу — датчику, а действует всей своей величиной в определенном месте.

Назначение болометра — изменять свое сопротивление под действием очень слабого теплового излучения — предъявляет особые требования к конструкции прибора.

Чувствительный элемент — датчик представляет собой фольгу или плен­ку, напыленную на тонкую слюдяную подложку. Датчики обычно изготов­ляют из олова, тантала или нитрида ниобия и свободно подвешивают в некотором объеме, охлаждаемом жидким гелием. Для пропускания из­лучения корпус приемника должен иметь окно, прозрачное в требуемой области длин волн.

Сверхпроводящие приемники могут быть использованы также для реги­страции α-частиц или других частиц высокой энергии. При попадании частицы в сверхпроводящую пленку происходит локальный разогрев, в результате чего какой-то участок пленки вдоль пути частицы на короткое время переходит в нормальное состояние.

В измерительной схеме, присоединенной к приемнику, появляется им­пульс напряжения. Достоинством таких детекторов является их быстро­действие: за 1 с сверхпроводниковый счетчик способен регистрировать около 10 млн. частиц.