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Dokumentenidentifikation DE3750626T2 27.04.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0265486
Titel MODULARER PHOTONENDETEKTOR-CRYOSTAT, ZUSAMMENBAU UND SYSTEM.
Anmelder EG & G Instruments Inc., Oak Ridge, Tenn., US
Erfinder MARTIN, Gregory, Knoxville, TN 37922, US;
BURKE, Michael, Knoxville, TN 37921, US
Vertreter Schönherr, W., Dipl.-Forstw.; Serwe, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 54290 Trier
DE-Aktenzeichen 3750626
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, FR, GB, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 24.03.1987
EP-Aktenzeichen 879029445
WO-Anmeldetag 24.03.1987
PCT-Aktenzeichen US8700645
WO-Veröffentlichungsnummer 8705990
WO-Veröffentlichungsdatum 08.10.1987
EP-Offenlegungsdatum 04.05.1988
EP date of grant 05.10.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse F25B 19/00
IPC-Nebenklasse F25D 19/00   G01J 5/06   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf kryogenisch gekühlte Strahlungsdetektoren, und spezieller auf Mittel in einem Kryostaten, um einen Detektor thermisch und mechanisch mit einem Dewar-Gefäß zu verbinden.

Photonendetektoren oder Spektrometer sind nützlich, um niedrige Niveaus von Radionukliden zu messen. Beispiele von solchen Messungen sind die Überwachung der Umgebung und der Abwässer von Kernkraftwerken, die Messung von Nahrungsmitteln, und die Beurteilung der natürlichen Umgebung. Infolge des Radionuklid-Gehalts einiger Proben ist es üblich geworden, das Auflösungsvermögen von Germaniumhalbleiterdetektoren zu benutzen, um die vorhandenen Isotope zu identifizieren und zu quantifizieren. Um bei einer solchen Messung optimale Ergebnisse zu erhalten, wurden Germanium- Gammastrahlenspektrometer entwickelt. Wenn Röntgen- oder Gammastrahlen auf einen Germaniumdetektor auftreffen, besteht eine begrenzte Wahrscheinlichkeit für eine Wechselwirkung, die zu der Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren führt. Wenn der auftreffende Strahl eine Intensität I bei einer bestimmten Energie E hat, wird er in dem Detektor gemäß dem folgenden exponentiellen Gesetz absorbiert:

I(X) = Io(-X/λ),

wobei Io die Strahlintensität an der Oberfläche des Detektors, und X der Abstand von der Oberfläche ist, und 1/λ der Absorptionskoeffizient ist, der als die Summe von drei Komponenten angesehen werden kann, die auf den photoelektrischen Prozeß, den Compton-Prozeß und den Paarerzeugungsprozeß zurückzuführen sind. Wenn eine Wechselwirkung erfolgt und Elektron-Loch- Paare erzeugt werden, bewirkt das durch die Vorspannung erzeugte elektrische Feld ein Abfließen der Ladungsträger, was einen induzierten Stromimpuls zur folge hat, der an dem Eingang eines ladungsempfindlichen Vorverstärkers integriert wird. Beide Ladungsträger, die Elektronen und die Löcher, tragen zu dem Stromimpuls bei. Um diese Funktion erfüllen zu können, muß der Germanium-Detektor von Vakuum umgeben und kryogenisch kühl sein. Normalerweise werden solche Detektoren bis unter 100ºK abgekühlt. Die Nennbetriebstemperatur beträgt 77ºC.

Der Germanium-Detektor ist in einem Kryostaten untergebracht. Der Kryostat weist auf: ein den Detektor umgebendes, evakuiertes Gehäuse, den eigentlichen Detektor, einen kryogenisch gekühlten Feldeffekttransistor- Vorverstärker in dem Gehäuse, elektronische Platinen außerhalb des Gehäuses, die auf zu dem Detektor koaxialen Tragmitteln angebracht sind und von dem Detektor ausgehen, und Mittel zum Verbinden des Detektors mit einer kryogenischen Kühlquelle, wie flüssiger Stickstoff. Kryostate werden in verschiedenen Größen und Konfigurationen für verschiedene Anwendungen vorgesehen. In ähnlicher Weise werden verschiedene Dewar-Gefäße für variierende Anwendungen verwendet. Eine Kryostat-form kann mit einem Dewar- Gefäß verbunden werden, das einen vorspringenden Griff hat, der ausbalanciert ist, damit der Kryostat in einer horizontalen Lage ist, wenn er mit der Hand gehalten wird. Verschiedene Dewar-Gefäße können vorgesehen werden, die eine Haltezeit von acht Stunden oder vierundzwanzig Stunden ermöglichen. Weitere Dewar-Gefäße können vorgesehen werden, die Kryostate haben, die bei einem oberen Bereich, einem unteren Bereich, oder auf der Seite vorspringen. Für verschiedene Anwendungen gibt es Dewar-Gefäße mit einem Fassungsvermögen von 0,4, 1,2, 7,5, 15, 25 oder 30 Litern. Verschiedene spezifische Anwendungen erfordern verschiedene Kombinationen aus einem Dewar-Gefäß und einem Kryostaten. Das herkömmliche Mittel zum Verbinden von Kühlvorrichtungen mit dem Detektor hat zu dem Bau einer Umhüllung geführt, bei der die den Detektor umgebende Vakuumhülle die gleiche Vakuumhülle ist, die den von dem Detektor bis in das Dewar-Gefäß reichenden Bereich des Kryostaten umgeben muß, und in manchen fällen die Dewar-Vakuumhülle ist. Dieses häufig mit Erfolg verwendete, herkömmliche Design ermöglicht keine modulare Bauweise der Einheit zwischen den Detektorköpfen und den verschiedenen Kryostaten oder verschiedenen Dewar- Gefäßen. Die bisherige Erfahrung ist, daß bei der Überarbeitung von Detektoren, um sie mit einer anderen Kryostat-Einheit zu verbinden, die Ausbeute niedrig ist. Folglich muß für eine Reihe von Anwendungen ein teurer Bestand von Kryostaten aufrechterhalten werden.

In US-A-3.483.709 wird ein Photonendetektorsystem beschrieben, das aufweist: zwei voneinander trennbare Bereiche, wobei der erste Bereich einen Vakuumkolben mit einer Kammer zur Aufnahme der kryogenischen Flüssigkeit und eine die Kammer umgebende Vakuumhülle aufweist, der zweite Bereich einen Detektor und eine den Detektor umgebende Vakuumhülle aufweist, eine erste und eine zweite Übergangssonde, um die Bereiche thermisch zu koppeln, wobei jede Sonde ein Rohr hat, das Rohr der einen Sonde so gebaut und angeordnet ist, daß es das Rohr der anderen Sonde umgibt, um eine ringförmige Kammer damit zu bilden, die Rohre jeweils eine zugeordnete Basis haben, von der sie ausgehen, und die Basis der einen Sonde die Vakummhülle des Kolbens mit der ringförmigen Kammer verbindet, Mittel, die den zweiten Bereich befestigen, um die ringförmige Kammer zu verschließen, wobei die Basis der anderen Sonde mit der Kammer fest verbunden ist, ein wärmeleitendes Element in dem Rohr der anderen Sonde, das mit der Basis thermisch verbunden ist, und eine thermische Verbindung, die das Element mit einem Element verbindet, das mit dem Detektor thermisch verbunden ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Anordnung durch die Merkmale verbessert, die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 wiedergegeben sind.

Nachstehend wird ein Beispiel der Erfindung beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die folgendes darstellen:

Die Fig. 1 bis 3 sind jeweils ein Aufriß, teilweise in Querschnittsform, der ein gemäß der vorliegenden Erfindung gebautes System in verschiedenen Stufen des Zusammenbaus wiedergibt.

Die Fig. 4 ist eine explodierte Ansicht, in axonometrischer Form, die das Zusammenwirken der Untereinheiten bei der vorliegenden Erfindung weiter veranschaulicht.

Die Fig. 5 und 6 sind partielle detaillierte Ansichten einer weiteren Form der vorliegenden Erfindung, die weiterhin Fluid-Grenzflächen innerhalb eines zusammengebauten System veranschaulichen.

Die Fig. 7 ist eine Querschnittansicht einer weiteren Form des Übergangselements in einem Kryostaten, der mit einem teilweise veranschaulichten Dewar-Gefäß gekoppelt ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Fig. 1 bis 3 sind jeweils eine Aufrißansicht, teilweise im Querschnitt, wobei jede Aufrißansicht die gleichen Komponenten veranschaulicht, und in jeder Figur für gleiche Komponenten die gleichen Kennziffern verwendet werden. In den Fig. 1 und 2 sind unterschiedliche Formen einer Untereinheit veranschaulicht, und in der Fig. 3 ist das System in einer zusammengebauten Form wiedergegeben, bereit für den Einsatz zur Strahlungsmessung. Das System weist ein Dewar-Gefäß 1, und eine Kryostat-Einheit oder einen Kryostaten 2 auf. Die Bereiche des Systems, die verwendet werden, um den Detektor thermisch und mechanisch mit dem Dewar- Gefäß zu verbinden, können eher als ein Teil der Kryostat-Einheit 2 als ein Teil des Dewar-Gefäßes 1 angesehen werden, obwohl eine solche Kennzeichnung nicht entscheidend für das Verständnis der funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist.

Das Dewar-Gefäß 1 weist einen Kanister 10 auf, der eine von einer Wand 13 eingeschlossene, zentrale Kammer 11 zur Aufnahme von kryogenischer Flüssigkeit, vorzugsweise flüssigem Stickstoff, einschließt. Eine konzentrische Vakuumhülle 12 umgibt die Kammer 11 und ist zwischen der Wand 13 und der mit einer Öffnung 15 versehenen, äußeren Wand 14 des Dewar- Gefäßes angeordnet. Außerdem sind Öffnungen 16 und 17 vorgesehen, die auf eine dem Stand der Technik entsprechende Weise mit der Kammer 11 bzw. der Vakuumhülle 12 verbunden sind, um Kühlflüssigkeit zuzuführen bzw. um eine Vakuumpumpe anzuschließen.

Die Detektorkopf-Einheit 20 umfaßt einen herkömmlichen Detektor 21, der einen Germaniumkristall in einer Umhüllung 22 aufweist. Der Detektor 21 und die Umhüllung 22 sind an einer Plattform 24 angebracht, die von einem Tragmittel 26 getragen wird, das an einer Basis 28 befestigt ist, die eine äußere, kreisförmige Aussparung 29 hat und ein Detektorkopf-Gehäuse 30 verschließt. Das gesamte Detektorkopf-Gehäuse 30 ist evakuiert. Wärmeleitungsmittel 35 erstrecken sich von außerhalb des Detektorkopf- Gehäuses 30 durch die Basis 28 hindurch, um einen thermischen Kontakt mit der Plattform 24 und dem Germaniumdetektor 21 herzustellen. Das Wärmeleitungsmittel 35 weist vorzugsweise einen Kupferstab auf, der längs einer mit dem Detektor 21, dem Gehäuse 30 und der Umhüllung 22 gemeinsamen Achse 37 angebracht ist. Ein Faltenbalg 36 dichtet außerhalb der Detektorkopf-Einheit bei einem Ende des Wärmeleitungselements 35 um dieses Wärmeleitungselement herum ab, und ist mit der in das Innere des Gehäuses 30 führenden Öffnung der Basis 28 dicht verbunden.

Das Übergangsmittel 40 sorgt für den Übergang von dem Dewar-Gefäß 1 nach dem Detektorkopf 20, und bietet eine lösbare mechanische und thermische Verbindung dazwischen, und weist eine Kühlstab-Einheit 41 und eine Kühlstabgehäuse-Einheit 52 auf. Diese Ausdrücke sind ihrer Natur nach ein wenig willkürlich; die erforderlichen Merkmale dieser Elemente sind weiter so festgelegt, wie dies unten beschrieben ist. Die Kühlstab-Einheit 41 umfaßt einen Basisbereich 42 zur Anbringung an der Wand 13 der Kühlfluid-Kammer 11, bei thermischer Verbindung damit, mittels Montagemitteln, wie Schrauben 43. Ein Kühlstab 45 ragt in axialer Richtung aus dem Dewar-Gefäß 1 heraus, und umfaßt an einem axialen Ende einen in radialer Richtung zentralen Behälter 44 zur Verbindung mit einem Ende des Wärmeleitungsstabs 35, und zur Aufnahme dieses Endes des Wärmeleitungsstabs 35. Der Behälter 44 ist an einem Ende des Kühlstabs 45 auf eine solche Weise angebracht, daß eine relative thermische Ausdehnung und Zusammenziehung möglich ist, wie unten weiter beschrieben wird. Der Kühlstab 45 kann aus einer Vielzahl von Metallen hergestellt sein. Eine Kühlstabgehäuse-Einheit 52 weist eine Basis 53 auf zur Anbringung an der äußeren Wand 14 des Dewar-Gefäßes 11, die dem Kryostaten 2 gegenüberliegt und die Öffnung 15 bedeckt.

Von der Basis 53 geht in axialer Richtung ein zylindrisches Gehäuseelement 54 aus, das koaxial zu dem Kühlstab 45 und dem Wärmeleitungselement 35 angebracht ist, und darum herum eine Kammer 55 festlegt. Das fern von der Basis 53 gelegene Ende des Elements 54 ist so dimensioniert, daß es von der Aussparung 29 aufgenommen wird, und durch Dichtungsmittel 56 in der Basis 28 des Detektoreinheit-Gehäuses so abgedichtet wird, daß ein Vakuum aufrechterhalten werden kann. Wenn die Basis 53 an der Wand 14 des Dewar-Gefäßes angebracht ist, stehen die Kammern 55 und 12 in fluider Verbindung und legen eine gemeinsame, abgedichtete Kammer fest.

Elektronik-Platinen 58, die dem Stand der Technik entsprechende Schaltungen aufweisen und auf eine dem Stand der Technik entsprechende Weise mit dem Detektor 21 elektrisch verbunden sind, können auf der radial äußeren Oberfläche des Elements 54 angebracht werden. In dem Basisbereich 53 kann eine Öffnung 59 vorgesehen werden, um das Volumen, in dem die Schaltungen 58 angeordnet werden, zu evakuieren. Wie nur in der Fig. 3 zu sehen ist, kann eine Ummantelung 60 konzentrisch über der Detektorkopf- Einheit 30 angebracht werden, und das Volumen zwischen der Basis 28 der Detektorkopf-Einheit 20 und der Basis 53 der Kühlstabgehäuse-Einheit 52 so abgedichtet werden, daß die gesamte Einheit, wie sie in den Fig. 1 bis 3 veranschaulicht ist, abgedichtet ist. Der Behälter 44 besteht vorzugsweise aus Titanstahl.

Die Fig. 4 ist eine explodierte, axonometrische Ansicht, die die Untereinheiten der Fig. 1-3 in einer form weiter veranschaulicht.

Funktionsweise

Wenn der Detektor zusammengebaut ist, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist, ist er bereit für den Einsatz. Die Evakuierung durch die Öffnung 17 wird mit herkömmlichen externen Mitteln (nicht wiedergegeben) ausgeführt. Die Kühlflüssigkeit wird mit herkömmlichen Mitteln über die Öffnung 16 zugeführt, und dann beginnt sich die gesamte Detektor-Einheit abzukühlen. Die Wärme wird über den Kühlstab 45 und das Wärmeleitungsmittel 35 von dem Detektor 21 abgeleitet. Der Detektor 21 wird bis auf ungefähr 77ºK abgekühlt. Der Wärmeleitungsstab 35 und der Behälter 44 sind so proportioniert, daß der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizient der zwei Komponenten eine radiale Kompressionskraft ergibt, mit der der Behälter 44 des Übergangselements den Wärmeleitungsstab 35 festklemmt, wodurch ein zuverlässiger thermischer Kontakt und ebenfalls eine zuverlässige mechanische Verbindung erhalten werden. Wenn gewünscht wird, den Kryostaten 2 mit einem anderen Dewar-Gefäß 1 zu verbinden, wird die Temperatur des Kryostaten nach einem dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren erhöht. Der gesamte Kryostat 2 kann abgenommen werden. Das Vakuum des Dewar-Gefäßes wird zwar aufgehoben, aber die Elektronikpackung wird nicht gestört. In alternativer Weise können, wie in der Fig. 2 veranschaulicht ist, die Ummantelung 60 und die Detektorkopf-Einheit 30 abgenommen werden, wobei voller Zugang zu den elektronischen Schaltungen 58 erhalten wird.

In den Fig. 5 und 6, die beide ein Aufriß in Querschnittsform sind, sind weitere Ausführungsformen veranschaulicht, die den zusätzlichen Vorteil bieten, daß der Detektorkopf 30 abgenommen werden kann, ohne das Vakuum in dem Dewar-Gefäß 1 und in dem Übergangsmittel 40 aufzuheben. Folglich kann ein Benutzer nach dem Zusammenbau sofort mit der Kühlung beginnen. Es ist nicht erforderlich, den Zwischenschritt der Evakuierung der Vakuumhülle 11 und der damit in Verbindung stehenden Kammern auszuführen. In den Fig. 5 und 6 werden die gleichen Kennziffern verwendet, um entsprechende Komponenten in der Detektorkopf-Einheit 30 und dem Dewar-Gefäß 1 zu bezeichnen. Kennziffern mit Strichindex bezeichnen Komponenten, deren Struktur gegenüber der Ausführungsform der Fig. 1-3 verschieden ist, aber die eine ähnliche Funktion erfüllen. Bei den Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 sind die größten Unterschiede in dem Gebiet des Behältermittels 44.

Die Komponenten, die den Komponenten in den Fig. 1-4 entsprechen, sind mit den gleichen Kennziffern bezeichnet. Der Stab 45 ist mit einem Gewinde 48 versehen, um ihn in ein Gewinde 47 in der Basis 42 einschrauben zu können. Weiterhin ist ein Übergangsfaltenbalgelement 70 vorgesehen, das so angeordnet ist, daß die evakuierbare Kammer 55 selbst dann verschlossen ist, wenn die Detektor-Einheit 20 von der Kühlstabgehäuse-Einheit 52 abgenommen wird, solange das Gehäuseelement 54 an der Kühlstab-Einheit 41 befestigt ist. Da die Kammern 12 und 55 verschlossen gehalten werden, kann ein Benutzer ein neu zusammengebautes Detektorsystem sofort kühlen, ohne zuerst mit einer externen Pumpe in den Kammern 55 und 12 ein Vakuum zu erzeugen. Um das axiale Ende des Gehäuseelements 54 mit der Basis 28 der Detektorkopf-Einheit 20 zu verbinden, kann ein Gewinde 72 vorgesehen werden. Bei dieser Ausführungsform weist die Aussparung 29 in der Basis 28 ein Gewinde 73 für die Aufnahme des Gewindes 72 auf.

Bei der Ausführungsform der Fig. 5 ist ein thermisches Klemmelement vorgesehen. Infolge des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Titan- und Aluminiumteilen ergibt sich eine radial gerichtete Kraft von dem Behältermittel 44 nach dem Wärmeleitungsstab 35. Der Faltenbalg 70 besteht vorzugsweise aus dünnwandigem, rostfreiem Stahlblech. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 kann bei einer Standardausführung der erforderliche Luftzwischenraum zwischen dem Faltenbalg 70 und dem Faltenbalg 36 bis auf 0,15 cubic inch verringert werden.

Bei der Ausführungsform der Fig. 6 ist eine weitere faltenbalg-form 75 vorgesehen, um den Vakuumbereich zu verschließen. Ein Hohlraum 79 in dem zentralen Teil des Kühlstabs 45' ist für die Aufnahme eines doppelt wirkenden Kühlstab-Klemmelements 80 ausgelegt. Das doppelt wirkende Kühlstab-Klemmelement 80 arbeitet in Verbindung mit einem Behälter 44' und einem Wärmeleitungsstab 35', die beide einen größeren inneren Durchmesser als das Klemmelement 80 haben, wenn das System auf Raumtemperatur ist. Das Klemmelement 80 wird von einem ringförmigen Ende des Wärmeleitungsstabs 35' teilweise aufgenommen. Der Behälter 44' umgibt einen äußeren Durchmesser des Klemmelements 80 längs eines ersten axialen Bereichs, und umgibt das ringförmige Ende des Wärmeleitungsstabs 35', das den restlichen Teil des Klemmelements aufnimmt. Für das Klemmelement wird Invarstahl in Kombination mit Aluminium oder Magnesium anstelle von Titan in Kombination mit Aluminium verwendet. Das Faltenbalgelement 75 besteht aus rostfreiem Stahlblech. In dem restlichen Teil des Hohlraums, der das Klemmelement 80 aufnimmt, ist eine Siebpackung 85 angeordnet, die bei der Erzeugung eines Vakuums in diesem Hohlraum ab dem Atmosphärendruck verwendet wird. Weiterhin kann ein Klemmelement 88 verwendet werden, um in ähnlicher Weise den Zylinder 89 mit dem Basisbereich 42 des Übergangselements 41 zu verbinden. Eine Glasfaser-Epoxy-Hülse 81 erstreckt sich in axialer Richtung von einem Gebiet nahe bei dem Klemmelement 88 bis zu der Basis 28 des Detektorkopfes 30, um eine innere Wand der Kammer 55 festzulegen.

Nun wird auf die Fig. 7 Bezug genommen, wo eine weitere form der Übergangseinheit 40 veranschaulicht ist, die eine weitere Form des Kühlstabs 45 enthält, der in der Fig. 7 mit 45'' bezeichnet ist. Der Kühlstab 45'' hat einen ersten axialen Bereich, der an das Dewar-Gefäß 1 angrenzt und mit dem Klemmelement 88' verbunden ist. Das Klemmelement 88' ist vorzugsweise aus Invarstahl und von einer Kupferhülse 89'' umgeben. Die Basis 42'' ist so geformt, daß sie einen ersten axialen Bereich des Klemmelements 88' und der Hülse 89'' aufnimmt. Der restliche Teil davon wird von einer Aussparung in dem ersten axialen Bereich des Kühlstabs 45'' aufgenommen. Ein zweiter axialer Bereich des Kühlstabs 45'' hat einen gegenüber dem ersten axialen Bereich verminderten Durchmesser, und nimmt in einer zylindrischen Aussparung ein Ende des Wärmeleitungsstabs 35'' auf, das ebenfalls eine zylindrische Aussparung hat. In die zylindrische Aussparung am Ende des Wärmeleitungsstabs 35'' ist ein Klemmelement 80'' eingeschoben, das in der Achse des zweiten axialen Endes des Kühlstabs 45'' angeordnet ist. Der restliche Teil der zylindrischen Aussparung enthält eine Holzkohlepackung 85''. Wenn das System bis auf die Betriebstemperatur abgekühlt wird, ruft das Klemmelement 80'' eine Preßpassung zwischen dem Kühlstab 45'' und dem Wärmeleitungsstab 35'' hervor, und die Holzkohlepackung 85'' erzeugt ein Vakuum in der Aussparung.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Glasfaser-Epoxy-Hülse 81'', die sich von dem ersten axialen Bereich des Kühlstabs 45'' bis zu dem von der Aussparung 28 aufgenommenen Bereich der Hülse 52'' erstreckt, mit der Aussparung 28 verbunden.

Die Beschreibung wurde mit der Absicht verfaßt, Fachleuten auf diesem Gebiet zu ermöglichen, Photonendetektor-Einheiten, Kryostate, Übergangseinheiten und Untereinheiten davon herzustellen. Andere formen des Kühlstabs können vorgesehen werden, sofern sie mit der Philosophie übereinstimmen, eine gute mechanische und thermische Verbindung zwischen dem Dewar-Gefäß und dem Wärmeleitungsstab aufrechtzuerhalten, und ein minimal es Luftvolumen darum herum vorzusehen. Für das Dewar-Gefäß und die Übergangseinheit ist eine gemeinsame Vakuumkammer vorgesehen, die bei manchen Ausführungsformen mit der Atmosphäre verbunden werden muß, um einen Austausch des Detektorkopfes zu ermöglichen. Der Detektor muß nicht aus seiner Vakuumumhüllung herausgenommen werden, um mit einem anderen Kryostaten verbunden zu werden, oder mit einem anderen Dewar-Gefäß zusammenzuwirken.


Anspruch[de]

1. Photonendetektorsystem, welches folgendes umfaßt zwei relativ abnehmbare Teilstücke (1, 2), wobei das erste Teilstück einen Vakuumkolben mit einer Kammer (10) zum fassen eines Tieftemperaturfluids und einen die Kammer umgebenden Vakuummantel (12) umfaßt, wobei das zweite Teilstück einen Detektor (21) und einen den Detektor umgebenden Vakuummantel (30) umfaßt, erste und zweite Übergangsfühler (41, 52) zum thermischen Kuppeln der Teilstücke, wobei jeder Fühler eine Röhre aufweist, wobei die Röhre (52) eines Fühlers so ausgeführt und angeordnet ist, daß sie die Röhre (45) des anderen Fühlers zur Bildung einer Ringkammer (55) mit derselben umgibt, wobei die Röhren jeweils einen dazugehörigen Boden, von dem sie ausgehen, aufweisen, wobei der Boden (53) des einen Fühlers den Vakuummantel (12) des Kolbens mit der Ringkammer (55) verbindet, am zweiten Teilstück zum Verschließen der Ringkammer gehalterte Einrichtungen (28, 29), wobei der Boden (42) des anderen Fühlers mit der Kammer (10) thermisch verbunden ist, ein in der Röhre des anderen Fühlers befindliches und mit dem Boden (42) thermisch verbundenes thermisch leitendes Glied (44), und eine das Glied (44) mit einem thermisch mit dem Detektor (21) verbundenen Glied (35) verbindende thermische Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuummantel (30) abgedichtet ist, und daß das Glied (44) und das Glied (35) derartige Abmessungen und thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, daß sie bei einer ersten Umgebungstemperatur lösbar in Eingriff gebracht werden können, und daß eine radiale Klemmkraft nach dem Abkühlen des Glieds (44) als Reaktion auf das Tieftemperaturfluid in der Kammer (10) zwischen diesen Gliedern aufgebracht wird.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die thermische Verbindung dadurch gebildet ist, daß das Glied (44) ein eine Aussparung zur Aufnahme eines Vorsprungs des Glieds (35) umfassendes Ende aufweist.

3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Detektor (21) ein Bodenteilstück (28) umfaßt, wobei das Leitungsglied (35) an dem Bodenteilstück gehaltert und von einer den Mantel (30) bestimmenden Kompressionsdichtungseinrichtung (56) umgeben ist.

4. System nach Anspruch 3, welches ferner eine zwischen dem Bodenteilstück (28) und dem mit einer Aussparung versehenen Ende des Glieds (44) gekoppelte Federbalgeinrichtung (36) umfaßt.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches ferner eine die Übergangsfühler (41, 52) umgebende und ein Volumen zwischen der Detektoreinrichtung (21) und der Kammer (10) zum Bestimmen einer dazwischenliegenden abgeschlossenen Kammer einschließende Abschirmeinrichtung (60) umfaßt.

6. System nach Anspruch 5, welches ferner eine Schaltungseinrichtung (58) zur Anbringung innerhalb der Abschirmeinrichtung (60) umfaßt.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Übergangsfühler (41, 52) drei evakuierbare Kammern bestimmen, wobei eine erste Kammer die Kammer (55) umfaßt, eine zweite Kammer einen Raum innerhalb der Röhre (45) umfaßt, und eine dritte Kammer eine innerhalb der Röhre (52) und außerhalb der Einrichtungen (28, 29) liegende Kammer umfaßt.







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