DE3787766T2 - Strahlungsnachweisvorrichtung mit gefrierkühlung. - Google Patents

Strahlungsnachweisvorrichtung mit gefrierkühlung.

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DE3787766T2 DE87901227T DE3787766T DE3787766T2 DE 3787766 T2 DE3787766 T2 DE 3787766T2 DE 87901227 T DE87901227 T DE 87901227T DE 3787766 T DE3787766 T DE 3787766T DE 3787766 T2 DE3787766 T2 DE 3787766T2
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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf auf Tiefsttemperaturen gekühlte Strahlungsdetektoren wie etwa diejenigen, die bei der Spektralanalyse verwendet werden.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Es ist allgemein üblich, bestimmte Typen von Strahlungsdetektoren auf Tiefsttemperaturen zu kühlen, wenn eine hohe Genauigkeit gefordert ist, insbesondere die Halbleiterdetektoren für Infrarotstrahlung, die in der Infrarot- Spektroskopie verwendet werden. Die Kühlung des Detektors auf eine sehr niedrige Temperatur reduziert die Auswirkungen des thermischen Rauschens auf das Detektor-Ausgangssignal. Um die Detektoreinrichtung sowohl auf einer verhältnismäßig niedrigen als auch im wesentlichen konstanten Temperatur zu halten, wird er gegenüber seiner Umgebung durch eine Isoliereinrichtung (die üblicherweise eine Vakuumkammer umfaßt) thermisch isoliert und durch ein Niedertemperatur-Kühlmittel, überlicherweise flüssiger Stickstoff, gekühlt, obwohl andere verflüssigte Gase (z. B. Helium) in Abhängigkeit von der Temperatur, auf der der Detektor gehalten wird, verwendet werden können.
  • Der am meisten gebräuchliche Typ einer auf Tiefsttemperaturen gekühlten Detektorstruktur, der derzeit für die Infrarot-Spektroskopie verwendet wird, enthält ein Dewar- Gefäß, in dem der innere und der äußere Behälter, die das Dewar-Gefäß bilden, zylindrisch sind und aus Aluminium konstruiert sind. Der innere Behälter wird von oben am äußeren Behälter mittels eines kurzen, dicken Glasfaserepoxid-Rohrs aufgehängt, das an seinen Verbindungsstellen am inneren bzw. am äußeren Behälter mit einem Epoxidharz angeklebt ist. Das Rohr schafft zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter eine Wärmeisolation, es erlaubt jedoch ein Eingießen des flüssigen Kühlmittels in den inneren Behälter durch ein Loch in der Oberseite des äußeren Behälters. Da das Glasfaserrohr den inneren Behälter vom äußeren Behälter auch elektrisch isoliert, ist am inneren Behälter ein elektrischer Leitungsdraht befestigt, der sich durch eine Öffnung im äußeren Behälter an einen Anschluß erstreckt, der mit Masse verbunden werden kann, um den inneren Behälter auf Massepotential zu halten. Die Infrarot-Detektoreinrichtung, z . B. ein Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Halbleiter (MCT-Halbleiter), ist an der zylindrischen Außenfläche des inneren Behälters angebracht, so daß die Wärme vom Detektor direkt an die verhältnismäßig kühle Wand des inneren Behälters übertragen werden kann. Die Strahlung wird zum Detektor durch ein Fenster durchgelassen, das in der zylindrischen Seitenwand des äußeren Behälters angebracht ist. Typischerweise wird dieses Fenster an seinem Ort durch ein speziell geformtes Kupfer-Anschlußstück und durch einen elastomeren O-Ring, der mit dem Anschlußstück verbunden ist, um den Raum zwischen den inneren Behälter und dem äußeren Behälter gegenüber der umgebenden Atmosphäre anzudichten, gehalten.
  • Um die Wärmeübertragung an den inneren Behälter und den Detektor weiter zu verringern, ist der innere Behälter üblicherweise mit vielen Schichten eines mit Aluminium versetzten Mylarfilms umwickelt, was gemeinhin als "Superisolation" bezeichnet wird. Nach der Anordnung des superisolierenden Mylarfilms um den inneren Behälter wird der innere Behälter im äußeren Behälter angebracht, wobei der Bereich zwischen den Behältern auf einen niedrigen Druck evakuiert und dann abgedichtet wird, um das Vakuum aufrechtzuerhalten. Typischerweise sind in das Epoxidharz auf der Oberseite des inneren Behälters kleine Holzkohle- Kugeln ("Getter" genannt) eingebettet, die so arbeiten, daß sie das Gas absorbieren, das sich andernfalls im Vakuumbereich ansammeln würde.
  • Es hat sich gezeigt, daß zusätzlich zu irgendwelchen Gasen, die in den Vakuumbereich durch Diffusion oder durch ein Leck von der äußeren Atmosphäre eintreten können, Materialien innerhalb des Vakuumbereichs durch einen als "Ausgasung" bekannten Prozeß Gase ausstoßen. Insbesondere stellt das Niedertemperatur-Epoxid, das zum Ankleben des Glasfaserrohrs an seinem Ort verwendet wird, eine erhebliche Quelle für diese Gase dar. Dieses Niedertemperatur- Epoxid besitzt eine verhältnismäßig hohe Ausgasungsrate, selbst die Metalloberflächen in der Vakuumkammer zeigen jedoch eine Ausgasung, wenn auch mit einer wesentlich niedrigeren Rate. Während die Schichten der Superisolation einer Reduzierung der Wärmeübertragung durch Minimierung der den inneren Behälter erreichenden Infrarotstrahlung dienen, stören sie die schnelle Herstellung eines zufriedenstellend niedrigen Drucks in der Vakuumkammer, da die Schichten der Superisolierung dazu neigen, Gasmoleküle abzuscheiden, die durch Diffusion zwischen den Filmschichten oder durch sie hindurch allmählich entweichen.
  • Die US-A-3 180 989 offenbart eine Strahlungsnachweiseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. In dieser herkömmlichen Einrichtung sind das Fenster und die Strahlungsnachweiseinrichtung am Boden des inneren Behälters vorgesehen, was die Nützlichkeit der Einrichtung begrenzt, weil sie notwendigerweise oberhalb der zu prüfenden Strahlungsquelle angeordnet werden muß. Die herkömmliche Strahlungsnachweiseinrichtung dieses Typs ist oben allgemeiner in Verbindung mit dem technischen Hintergrund diskutiert worden, in dem das Fenster bequemer an seiner üblichen Position an der Seitenwand angeordnet ist, wobei hier das Problem besteht, daß bei einem Abfallen des Pegels des Tiefsttemperatur-Kühlmittels im inneren Behälter unter die Höhe des Detektors die Temperatur dieses Teils der Seitenwand, an der der Detektor befestigt ist, zu einem Anstieg über den gesteuerten Temperaturpegel des Tiefsttemperatur-Kühlmittels neigt, was folglich auf die Genauigkeit des Detektors eine schädliche Wirkung hat. Die vorliegende Erfindung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, sieht für die vom Detektor ausgehende Wärme, die zum Boden des inneren Behälters abgestrahlt werden soll, welcher stets mit dem Tiefsttemperatur-Kühlmittel in Verbindung ist, solange das Tiefsttemperatur-Kühlmittel nicht vollständig aus dem inneren Behälter verdampft ist, das Anbringungselement aus einem Material, beispielsweise Kupfer, vor, das eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und einen Wärmepfad von dem am Anbringungselement angebrachten Detektor zum Boden des inneren Behälters schafft.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Strahlungsnachweiseinrichtung, die für einen Betrieb bei Tiefsttemperaturen geeignet ist, aus einem inneren und aus einem äußeren Metallbehälter gebildet, wobei der innere Behälter an der Oberseite des äußeren Behälters mittels eines Metallrohrs aufgehängt ist, das an beiden Behältern befestigt und mit diesen in elektrischem Kontakt ist. Der innere und der äußere Behälter und das Aufhängungsrohr sind am vorteilhaftestem aus rostfreiem Stahl gebildet. Es hat sich herausgestellt, daß, obwohl das Aufhängungsrohr aus rostfreiem Stahl in einem Wärmekontakt mit dem inneren und dem äußeren Behälter ist, die Wärmeübertragungsrate durch ein dünnes und dennoch starkes Aufhängungsrohr aus rostfreiem Stahl eine annehmbare Wärmeübertragungsrate ergibt und die Wärmebelastung des Kühlmittels im Vergleich zu dem herkömmlichen dicken Glasfaser-Aufhängungsrohr nicht wesentlich erhöht. Da jedoch das Aufhängungsrohr am inneren und am äußeren Behälter angeschweißt werden kann, braucht ein Epoxid oder ein ein ähnliches Gas entwickelndes Material nicht verwendet werden, um das Rohr an den Behältern zu befestigen, wodurch eine Quelle für eine Gasverunreinigung im Vakuumraum zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter beseitigt wird.
  • Die ununterbrochene elektrische Verbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter beseitigt ferner den Bedarfan einer gesonderten Erdungsleitung, die sich durch die Wand des äußeren Behälters zum inneren Behälter erstreckt.
  • Ein besonderer Vorteil des rostfreien Stahls für die Bildung des Behälters besteht darin, daß die Außenfläche des inneren Behälters und die beiden Flächen des äußeren Behälters hochgradig poliert werden können, um das Emissionsvermögen dieser Flächen zu reduzieren. Diese hochgradig polierten Flächen wirken als Reflektoren für die Infrarotstrahlung, wodurch die Wärmestrahlungsübertragung an den inneren Behälter im wesentlichen so wirksam minimiert werden kann wie durch die Mehrfachschichten des herkömmlicherweise verwendeten Mylars. Wenn die Superisolation nicht verwendet wird, wird eine wesentliche Gasquelle im Vakuumraum beseitigt, ferner werden die Kosten und die Komplexität bei der Herstellung verringert.
  • In dem Detektor der vorliegenden Erfindung wird eine Fensterstruktur verwendet, die vorzugsweise Anschlußstücke aus rostfreiem Stahl enthält, die mit einem Kupfer-Dichtungsring in engem Eingriff sind. Da die Fenster-Anschlußstücke und der äußere Behälter jeweils aus rostfreiem Stahl gebildet sind, entsteht eine geringere Ungleichheit bei den Ausdehnungsraten der verschiedenen Teile, ferner kann anstatt eines in geringerem Maß gasundurchlässigen elastomeren O-Rings eine Kupferdichtung verwendet werden.
  • Die Nachweiseinrichtung der vorliegenden Erfindung besitzt ferner die Detektoreinrichtung selbst, z. B. einen Halbleiterdetektor wie etwa Quecksilber-Cadmium-Tellurid, der an einem wärmeleitenden Anbringungselement angebracht ist, welches sich von einem Wärmekontakt mit der Bodenfläche des inneren Behälters nach außen und in einem Abstand zu beiden Behältern nach oben an eine Position erstreckt, an der die Detektoreinrichtung angeordnet werden soll. Das leitende Anbringungselement ist aus einem Material wie etwa Kupfer hergestellt, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, so daß die Detektoreinrichtung im wesentlichen auf derselben Temperatur wie der Boden des inneren Behälters gehalten wird. Wenn daher der innere Behälter mit einem Tiefsttemperatur-Kühlmittel gefühlt ist, bleibt der Boden des Behälters und ebenso die damit in einer thermischen Verbindung stehende Detektoreinrichtung auf der Kühlmitteltemperatur, selbst wenn der Pegel des Kühlmittels im inneren Behälter unter die vertikale Position der Detektoreinrichtung abfällt.
  • Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich, die eine auf Tiefsttemperaturen gekühlte Strahlungsnachweiseinrichtung gemäß der Erfindung zeigen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Zeichnungen:
  • Fig. 1 ist ein Frontaufriß der Strahlungsnachweiseinrichtung der Erfindung.
  • Fig. 2 ist eine Schnittansicht durch einen Teil der Strahlungsnachweiseinrichtung von Fig. 1, die die Fensterstruktur im demontierten Zustand zeigt.
  • Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Nachweiseinrichtung von Fig. 1 im allgemeinen entlang der Linien 3-3 von Fig. 1.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In Fig. 1 der Zeichnungen ist mit 10 eine auf Tiefsttemperaturen gekühlte Strahlungsnachweiseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Die Nachweiseinrichtung 10 besitzt einen äußeren Behälter 11 mit einer im allgemeinen zylindrischen Außenwand 12 und einer flachen oberen Wand 13 und einer flachen unteren Wand 14. An der zylindrischen Seitenwand 12 ist eine Fensterstruktur 15 ausgebildet, die eine ein Fenster 17 umgebende mittige Öffnung 16 enthält, wobei das Fenster gegenüber der besonderen zu messenden Strahlung (z. B. infrarote elektromagnetische Strahlung) durchlässig ist. Für den Zusammenbau der Fensterstruktur ist eine Reihe von schraubbolzen vorgesehen, wie weiter unten beschrieben wird. Zur Messung der Infrarotstrahlung ist eine Fensterstruktur erforderlich, da Infrarotlicht ein Festkörpermetall nicht durchdringen kann. Obwohl die äußere Form der Nachweiseinrichtung 10 zylindrisch gezeigt ist, kann die äußere Form selbstverständlich wie gewünscht gewählt werden, vorausgesetzt, daß eine ausreichende strukturelle Geschlossenheit erhalten wird, damit die Wände des äußeren Behälters mit vakuumähnlichen Drücken beaufschlagt werden können. Wie in dem Querschnitt von Fig. 3 dargestellt, ist im inneren Hohlraum des äußeren Behälters 11 ein zylindrischer innerer Behälter 19 angeordnet, der eine zylindrische Seitenwand 20, eine flache obere Wand 21 und eine flache untere Wand 22 aufweist, die einen inneren Hohlraum umgeben, in dem ein Tiefsttemperatur-Kühlmittel aufbewahrt wird. Von einem Befestigungspunkt an der oberen Wand 12 des äußeren Behälters erstreckt sich ein Aufhängungsrohr 24 mit einer hohlen Innenbohrung 25 zum Befestigungspunkt an der oberen Wand 21 des inneren Behälters. Die Bohrung 25 des Rohr 24 gestattet einen Zugriff von außerhalb der Nachweiseinrichtung auf den inneren Hohlraum des inneren Behälters 19, so daß ein Eingießen von Kühlmittel möglich ist. Die Wände des äußeren Behälters 11, die Wände des inneren Behälters 19 und das Rohr 24 sind vorzugsweise sämtlich aus rostfreiem Stahl (z. B. der Reihe 300) hergestellt, wobei das Rohr 24 durch Schweißnähte 26 bzw. 27 am äußeren bzw. am inneren Behälter befestigt ist. Beispielhafte Wanddickenbereiche, die sich für den äußeren bzw. den inneren Behälter als zufriedenstellend erwiesen haben, sind 0,035-0,060 Zoll (0,089-0,152 cm) bzw. 0,020-0,040 Zoll (0,051-0,102 cm). Die Schweißnähte 26 und 27 dienen außerdem als Dichtungen, um einen Durchgang von Gasen durch die Verbindung zwischen dem Rohr und den Behältern zu verhindern, und stellen eine ununterbrochene elektrische Verbindung zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter her, wodurch der Bedarf an einer am inneren Behälter befestigten Erdungsleitung beseitigt wird. Das Rohr 24 ist verhältnismäßig lang, eng und dünn und besitzt eine ziemlich niedrige Wärmeleitungsrate, es ist jedoch sowohl mit dem inneren Behälter 19 als auch mit dem äußeren Behälter 11 in elektrischem Kontakt. Zufriedenstellende Eigenschaften können mit einem Rohr erhalten werden, das aus rostfreiem Stahl der Reihe 300 mit einem Wanddickenbereich von 0,004-0,020 Zoll (0,010-0,050 cm) einem Längenbereich von 0,75-1,5 Zoll oder mehr (1,91-3,81 cm) und einem Außendurchmesserbereich von 0,25-0,50 Zoll (0,64-1,27 cm) gebildet ist. Vorzugsweise beträgt das Längen/Flächenverhältnis des Rohrs wenigstens 20 cm&supmin;¹. Der innere Behälter 19 ist mittels des Rohrs aufgehängt, wobei seine Wände von den Innenflächen des äußeren Behälters beabstandet sind, um dazwischen einen Vakuumkammer-Raum zu definieren, der auf einen sehr niedrigen Druck evakuiert werden kann, um zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter eine thermische Barriere zu schaffen.
  • Um die Wärmestrahlungsübertragung zum inneren Behälter zu minimieren, sind die inneren und äußeren Oberflächen des äußeren Behälters 11 und die äußeren Oberflächen des inneren Behälters 19 hochgradig poliert, vorzugsweise so, daß das gesamte Emissionsvermögen der Oberflächen 0,1 oder weniger ist. Die Oberflächen der Behälter aus rostfreiem Stahl sind für ein Polieren mit dem Ziel eines niedrigen Emissionsvermögens gut geeignet. Insbesondere behalten die innere Oberfläche des äußeren Behälters 11 und die äußere Oberfläche des inneren Behälters 19 ihre polierte Eigenschaft unbegrenzt lange bei, da der Vakuumraum, den sie umgeben, einen verhältnismäßig niedrigen Sauerstoffgehalt besitzt, so daß gewährleistet ist, daß eine Oxidation der inneren Oberflächen sehr langsam voranschreitet. Es hat sich herausgestellt, daß ein solches Polieren der Oberflächen der Behälter aus rostfreiem Stahl hinsichtlich einer Verhinderung der Wärmestrahlungsübertragung an den inneren Behälter im wesentlichen so wirksam wie die Vielfachschichten von mit Aluminium versetztem Mylar ist, das herkömmlicherweise in Detektoren dieses Typs verwendet wird, wenn zwischen den Behältern ein sehr niedriger Druck aufrechterhalten wird.
  • Der Vakuumdruck in der Kammer zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter wird während des Herstellungsprozesses erzeugt. Um den niedrigen Druck in der Vakuumkammer unverändert aufrechtzuerhalten, sind an der Bodenfläche 22 des inneren Behälters etwa durch Ankleben unter Verwendung eines Niedertemperatur-Epoxids 31 vorzugsweise Holzkohle-Getter-Kugeln 30 befestigt. Vorzugsweise sind die Getter 30 an der Bodenfläche des inneren Behälters und nicht - wie in der herkömmlichen Praxis - an der oberen Fläche befestigt, da sich herausgestellt hat, daß die Anordnung auf der Bodenfläche hinsichtlich der Aufrechterhaltung des niedrigen Gasdrucks in der Vakuumkammer wirksamer ist.
  • An einem Fußbereich 34 der äußeren Bodenfläche des inneren Behälters 19 ist ein Anbringungselement 33, das aus einem guten Wärmeleiter wie etwa Kupfer gebildet ist, befestigt und erstreckt sich nach außen in den Raum zwischen den Wänden des inneren und des äußeren Behälters und nach oben an eine Position, an der die Detektoreinrichtung 36 angebracht werden kann. Die Einrichtung 36 ist in gutem Wärmekontakt mit dem Anbringungselement 33 befestigt, so daß die Wärme von der Detektoreinrichtung 36 durch das Element 33 zur Bodenfläche des inneren Behälters 19 abgeführt wird. Wenn das Anbringungselement 33 aus Kupfer gebildet ist, kann der Bodenfuß 34 an der Bodenfläche des inneren Behälters aus rostfreiem Stahl angelötet werden, wodurch zwischen den beiden ein guter Wärmekontakt geschaffen wird. Der innere Behälter wird periodisch durch das Rohr 24 mit einem Tiefsttemperatur- Kühlmittel wie etwa flüssigem Stickstoff gefüllt, da sich jedoch der flüssige Stickstoff erwärmt und verdampft (wobei der gasförmige Stickstoff durch die Bohrung des Rohrs 25 in die umgebende Atmosphäre abgelassen wird), fällt der Pegel des flüssigen Stickstoffs im inneren Behälter ab. Der Kühlmittelpegel kann gut unter die vertikale Position der Detektoreinrichtung 36 abfallen. Wenn die Detektoreinrichtung 36 direkt an der äußeren Fläche des inneren Behälters 19 anhaften würde, wie dies bisher der Fall war, und wenn der Kühlmittelpegel unter die Position der Detektoreinrichtung abfiele, müßte die Wärme von der Detektoreinrichtung durch die Wand 20 des inneren Behälters zum flüssigen Stickstoff im Behälter übertragen werden. Der rostfreie Stahl, aus dem der innere Behälter vorzugsweise gebildet ist, ist als Wärmeleiter nicht ideal, insbesondere bei den verhältnismäßig dünnen Wandstärken, die gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verwendet werden, so daß die Möglichkeit eines wesentlichen Temperaturunterschieds zwischen dem Detektor 36 und dem Tiefsttemperatur-Kühlmittel entstehen würde. Solange jedoch im inneren Behälter Kühlmittel verbleibt, wird die Bodenwand 22 des inneren Behälters im wesentlichen auf der Temperatur des Tiefsttemperatur-Kühlmittels gehalten, so daß das Anbringungselement 33, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt, die Wärme von der Detektoreinheit 36 zur Bodenwand 22 abführt, um die Detektoreinrichtung unabhängig vom Pegel des Kühlmittels im wesentlichen auf der Kühlmitteltemperatur zu halten.
  • Die Detektoreinrichtung 36 spricht auf die durch eine Öffnung empfangene Strahlung an, wobei die Öffnung durch ein röhrenförmiges Ringelement 40 definiert ist, das an der zylindrischen Seitenwand 12 des äußeren Behälters befestigt ist und sich von diesem nach außen erstreckt. Der Ring 40 kann einteilig mit der Seitenwand 12 ausgebildet oder mit diesem verschweißt sein, in jedem Fall ist er jedoch vorzugsweise ebenfalls aus rostfreiem Stahl hergestellt. Für die Erfassung von Infrarotstrahlung können für den Detektor 36 verschiedene Halbleitereinrichtungen verwendet werden, wobei Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Einrichtungen (MCT-Einrichtungen) bevorzugt werden. Das Signal von der Einrichtung 36 kann aus der Nachweiseinrichtung 10 auf jede beliebige geeignete Weise übertragen werden, beispielsweise durch Drähte 41, die zu Anschlüssen 42 verlaufen, die außerhalb des äußeren Behälters angebracht sind und mit einer geeigneten Signalverarbeitungsanlage elektrisch verbunden werden können.
  • Die Fensterstruktur 15 ist vorzugsweise als standardisierter, aus rostfreiem Stahl bestehender Vakuumkanal des Typs hergestellt, der als "Conflat"-Kanal bekannt ist. Die Struktur 15 enthält ein erstes Anschlußstück 45 aus rostfreiem Stahl, das eine mittige Innenbohrung besitzt, die teilweise über der Außenfläche des röhrenförmigen Rings 40 angebracht und damit verschweißt ist. Ein zweites Anschlußstück 46 aus rostfreiem Stahl besitzt eine kreisförmige Bohrung mit einer Verstärkungsrippe, an der das Fenster 17 (das beispielsweise aus Zink-Selenid für die Durchlassung von Infrarotlicht gebildet ist) angebracht ist und an ihrem Ort unter Verwendung eines Raumtemperatur-Epoxids mit einer verhältnismäßig niedrigen Ausgasungsrate angeklebt werden kann. Eine kreisförmige Kupferdichtung 47 ist zwischen den Anschlüssen 45 und 46 angebracht, um den Innenraum des äußeren Behälters 11 gegenüber der äußeren Atmosphäre abzudichten. Die Anschlußstücke 45 und 46 sind vorzugsweise beide aus rostfreiem Stahl hergestellt, der hinsichtlich der Metallurgie und der Wärmeausdehnungsrate mit dem Metall des Rings 40 verträglich ist. Wie am besten in Fig. 2 dargestellt, besitzen die Anschlußstücke 45 und 46 vorzugsweise scharfkantige, erhöhte kreisförmige Rippen 48 bzw. 49, die an ihren einander zugewandten Flächen ausgebildet und so beschaffen sind, daß sie mit der verhältnismäßig weicheren Kupferdichtung 47 in Eingriff gelangen. Wenn die Schraubbolzen 18 angezogen werden, um die beiden Anschlußstücke 45 und 46 zusammenzuziehen, dringen die erhöhten Rippen 48 und 49 in die Kupferdichtung 47 ein, um eine sehr gute Dichtung zu bilden, die gegen einen Leckverlust weniger anfällig als die in herkömmlichen Detektoren gewöhnlich verwendeten elastomere O-Ringdichtung ist.
  • Die obenbeschriebene Struktur für die Strahlungsnachweiseinrichtung 10 gestattet eine einfachere anfängliche Herstellung als herkömmliche Strukturen. Bei der vorliegenden Einrichtung hat sich außerdem herausgestellt, daß die Detektoreinrichtung über die Zeit hinweg auf einer stabileren Temperatur gehalten werden kann. In der Vakuumkammer zwischen dem äußeren Behälter 11 und dem inneren Behälter 19 kann ein dauerhafteres Vakuum aufrechterhalten werden, weil durch die Dichtungen weniger Gas dringt und in der Vakuumkammer nur wenig oder kein Epoxidharz vorhanden ist. Folglich kann die Vakuumkammer außerdem schneller auf einen niedrigeren Druck gebracht werden. Zusätzlich zu den vorangehenden Vorteilen hat sich herausgestellt, daß mit der Einrichtung 10 ein Problem vermieden wird, das in Standard-Strahlungsdetektoren vom Typ mit Dewar-Gefäß üblicherweise vorhanden ist: die Bildung von Eiskristallen an den Innenflächen der Vakuumkammer. Die Ursache oder die Ursachen der Eiskristallbildung in Standardeinrichtungen ist unklar, andererseits stellen solche Eiskristalle ein erhebliches Problem dar, weil sie sich auf oder in der Nähe der Oberfläche der Detektoreinrichtung bilden können und eine Störung des sich ergebenden Spektrogramms hervorrufen. Bei Verwendung der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen keine Eiskristallbildung beobachtet worden.
  • Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene und hier gezeigte besondere Ausführungsform beschränkt, vielmehr umfaßt sie abgewandelte Formen, soweit sie in den Umfang der folgenden Ansprüche fallen.

Claims (8)

1. Strahlungsnachweiseinrichtung, die auf Tiefsttemperaturen kühlbar ist, mit: einem äußeren Behälter (11) mit Wänden (122, 13, 14), die darin einen inneren Hohlraum definieren, einem inneren Behälter (19), der im inneren Hohlraum des äußeren Behälters angeordnet ist und seinerseits Wände (20, 21, 22) besitzt, die einen inneren Hohlraum definieren, der das Tiefsttemperatur-Kühlmittel enthält; einer Einrichtung (24), die den inneren Behälter (19) im inneren Hohlraum des äußeren Behälters (11) trägt, wobei die Wände des inneren Behälters von den Oberflächen des äußeren Behälters beabstandet sind, und die zwischen der umgebenden Atmosphäre und dem inneren Hohlraum des inneren Behälters eine Verbindung schafft; einer Fensterstruktur (15), die die nachzuweisende Strahlung durch ein Fenster (17) an eine Öffnung (40) in der Außenwand (12) des äußeren Behälters (11) durchläßt und dabei die zwischen dem inneren Behälter und dem äußeren Behälter definierte Vakuumkammer gegenüber der umgebenden Atmosphäre abdichtet; und einem Strahlungsdetektor (36) für die Erfassung der einfallenden Strahlung und die Erzeugung eines diese Strahlung angebenden Ausgangssignals, der in einer Wärmeaustauschbeziehung an der Bodenwand (22) des inneren Behälters (19) in der Umgebung der Fensterstruktur (15) angebracht ist, um die durch die Fensterstruktur (15) durchgelassene Strahlung zu empfangen, wobei der Detektor (36) durch den Wärmeaustausch auf einer Temperatur gehalten wird, die im wesentlichen die Temperatur der Bodenwand (22) des inneren Behälters (19) ist, der seinerseits im wesentlichen auf der Temperatur des Tiefsttemperatur-Kühlmittels im inneren Hohlraum des inneren Behälters gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnung (40) im äußeren Behälter (11), an der die Fensterstruktur (15) angebracht ist, in einer Seitenwand (12) des Behälters befindet und daß die Wärmeaustauschbeziehung mit der Bodenwand des inneren Behälters durch ein Anbringungselement (33) bewerkstelligt wird, das aus einem hochwärmeleitenden Metall gebildet ist, das an der Bodenwand (22) des inneren Behälters (19) in einem Wärmeaustauschkontakt mit diesem angebracht ist und sich nach außen und dann vom Anbringungspunkt in der Vakuumkammer in einem Abstand zu den Wänden des inneren Behälters (11) und des äußeren Behälters (19) nach oben an eine Position bei der Öffnung (40) im äußeren Behälter erstreckt, an welcher die Fensterstruktur (15) angebracht ist, wobei der Strahlungsdetektor (36) in einem Wärmeaustauschkontakt am Anbringungselement (33) angebracht ist.
2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der innere und der äußere Behälter (15, 19) aus rostfreiem Stahl hergestellt sind und die Einrichtung zum Tragen des inneren Behälters ein Hohlrohr aus rostfreiem Stahl (24) enthält, das an einer Wand (13) des äußeren Behälters (11) befestigt ist und sich zu einer Wand (21) des inneren Behälters (19) erstreckt und an dieser befestigt ist, wobei die Innenbohrung (25) des Rohrs eine Verbindung zwischen der umgebenden Atmosphäre und dem inneren Hohlraum des inneren Behälters schafft und wobei das Hohlrohr (24) den inneren Behälter (19) im äußeren Behälter (11) trägt, wobei die Wände (20, 21, 22) des inneren Behälters (19) von den Innenflächen des äußeren Behälters beabstandet sind, um zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter eine Vakuumkammer zu definieren.
3. Einrichtung gemäß Anspruch 2, bei der der innere und der äußere Behälter (19, 11) jeweils zylindrische Form haben, wobei jeder eine zylindrische Außenwand (20, 12) und eine flache obere Wand und eine flache untere Wand (21, 13, 22, 14) besitzt, und bei der sich das Aufhängungsrohr (24) vom Befestigungspunkt (26) an der oberen Wand (13) des äußeren Behälters (11) zum Befestigungspunkt (27) an der oberen Wand (21) des inneren Behälters (19) erstreckt.
4. Einrichtung gemäß einem vorangehenden Anspruch, bei der die Fensterstruktur (15) versehen ist mit einem ersten und mit einem zweiten Anschlußstück (45, 46) aus rostfreiem Stahl, wobei das erste Anschlußstück (45) an einem vom äußeren Behälter (11) sich erstreckenden rohrförmigen Ring (40) fest angebracht ist und die Anschlußstücke spitz zulaufende Rippen (48, 49) besitzen, die eine mittige Bohrung eines jeden Anschlußstücks umgeben, einer Kupferdichtung (47), die so beschaffen ist, daß sie zwischen den spitz zulaufenden Rippen (48, 49) am ersten und am zweiten Anschlußstück (45, 46) in Eingriff gelangen kann, wenn die Anschlußstücke zusammengezogen werden, Schraubbolzen (18), die mit den Anschlußstücken (45, 46) in Eingriff sind, um die Anschlußstücke eng zusammenzuhalten, und einem Fenster (17), das für die nachzuweisende Strahlung durchlässig ist und am zweiten Anschlußstück (46) angebracht ist, um dessen Bohrung zu verschließen, um die Vakuumkammer zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter gegenüber der umgebenden Atmosphäre abzudichten.
5. Einrichtung gemäß einem vorangehenden Anspruch, bei der der Stahlungsdetektor einen auf Infrarotstrahlung ansprechenden Halbleiter (36) enthält.
6. Einrichtung gemäß einem vorangehenden Anspruch, bei der die äußere Oberfläche des inneren Behälters (19) und die innere und die äußere Oberfläche des äußeren Behälters (11) hochgradig poliert sind, um die auf sie einfallende Infrarotstrahlung im wesentlichen zu reflektieren.
7. Einrichtung gemäß einem vorangehenden Anspruch, die Getter (30) für das an der äußeren Oberfläche der Bodenwand (22) des inneren Behälters (19) anhaftende Restgas enthält.
8. Einrichtung gemäß einem vorangehenden Anspruch, bei der das Anbringungselement (23) aus Kupfer gebildet und am Boden (22) des inneren Behälters (19) durch Löten angebracht ist.
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