Brevet FR2345890A1 — publié le 19771021

Le présent brevet est relatif à un dispositif cryostatique destiné à compléter une machine cryogénique en vue de son utilisation pour le refroidissement dlun élément photodétecteur. Une telle machine cryogénique comprend essentiellement une partie en forme de doigt qui est portée à une très basse tempéra- ture, par exemple, à une température de ltordre de celle de l'azote liquide. De façon connue et habituelle 11 élément photodétecteur est fixé sur ledit doigt froid et l'ensemble doigt froid - détecteur est entouré par une paroi, d'une part, formant avec ledit doigt froid une enceinte étanche et, d'autre part, munie d'une fenêtre transparente aux rayonnements à détecter. Un vide poussé est alors effectué dans ladite enceinte étanche afin d'éviter, bien str, les pertes thermiques autour du doigt froid, mais surtout le givrage de la surface sensible du photodétecteur. Cette façon de faire à l'avantage entre simple, mais elle présente néanmoins deux gros inconvénients. Tout d'abord, le pompage de enceinte étanche, ainsi formée par le doigt froid et par la paroi qui l'entoure, est très long : itexpérience a montré qu'un pompage de trois mois était nécessaire pour obtenir un dégazage convenable du doigt froid. De plus, le montage ainsi réalisé nécessite 11 immobilisation d'une machine cryogénique au profit d'un seul élément détecteur. Le changement de l'élément détecteur entrainant un renouvellement de la longue opération de pompage de 11 enceinte étanche, la possibilité de changement rapide de l'élément détecteur, en cas de défection de celui-ci par exemple, est exclue. Pour pallier ces inconvénients on a pensé à utiliser un élément détecteur solidaire d'un cryostat dans lequel le vide a été fait une fois pour toute. De tels ensembles cryostat - détecteur sont bien connus, en particulier ceux à double paroi de verre, du tppe connu sous le nom de vase Devar, comportant, à la base de la paroi externe,une fenêtre transparente aux rayonnements à détecter et dans lesquels l'élément détecteur est fixé, dans 12 enceinte sous vide, sur la base de la paroi interne. L'utilisation d'un tel ensemble cryostat - détecteur n'était pas possible jusqu' ce jour car les problèmes qu'elle pose au point de vue fixation du cryostat sur le doigt froid de la machine n'étaient pas résolus. Ladite fixation doit en effet résoudre sUul- tanément le problème de mise en froid de l'élément détecteur et le problème de positionnement de celui-ci, tout en tenant compte des difficults dues aax différentes valeurs des coefficients de dilatation des matériaux constituant le doigt froid et le cryostat. Pour résoudre ces problèmes le dispositif cryostatique selon l'invention qui est essentiellement un vase à double paroi comportant b la base de la paroi extérieure une fenetre en matériau transparent aux rayonnements à détecter et, à la base de la paroi interne un support de l'élément détecteur réalisé dans un matériau de bonne conductibilité thermique, est caractérisé en ce que ledit support présente, sur la face opposée à celle portant le détecteur,une cavité cylindrique dont la base est rigoureusement plane et dont la paroi latérale est taraudée. Toujours selon l'invention, l'extrémité du doigt froid de la machine cryogénique se présente elle-mOine avec une section rigoureusement plane et avec une paroi latérale filetée de telle sorte que le cryostat selon l'invention puisse y être vissé de façon à assurer un très bon contact entre le doigt froid et le support d'élément détecteur. Dans ce but, un léger évidement est pratiqué à la base du filetage dudit support, et, pour améliorer la conductibilité thermique entre les deux faces planes en contact, celles-ci sont re vetues d'une légère couche de graisse à vide chargée, par exemple, d'une poudre d'argent. Dans une première réalisation du dispositif cryostatique selon l'invention, le diamètre extérieur du doigt froid et le diambtre intérieur de la paroi interne du cryostat sont suffisamment voisins pour que 12 espace laissé libre entre ledit doigt froid et ledit cryostat ne soit pas générateur de pertes thermiques excessives pour ledit doigt froid. Il se produit alors dans cet espace un léger givrage dt à l'humidité de l'atmosphère. Cet espace peut aussi ttre garni par un manchon thermiquement isolant. Dans une seconde réalisation du dispositif selon l'invention l'espace laissé libre entre le doigt froid et le cryostat est fermé par une paroi annexe raccordée d'une part, au cryostat par un joint souple et, d'autre part, à la machine cryogénique par un joint torique. Il est ainsi créé une enceinte secondaire dans laquelle un vide primaire est effectué. En effet un vide mOine médiocre de cette enceinte secondaire est amélioré automatiquement par le cryopompage assuré par la paroi froide du doigt lui-mtme. D'autres caractéristiques et d'autres avantages du dispositif cryostatique selon l'invention apparattront au cours de la description qui suit, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures données en annexe. La figure 1 représente un exemple d'utilisation selon l'art connu d'une machine cryogénique à doigt froid. La figure 2 représente un premier exemple de. réalisation d'un dispositif cryostatique selon 1'invention comportant une seule enceinte sous vide. La figure 3 représente un second exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention comportant deux enceintes sous vide. Sur la figure 1,est représenté en 1 le doigt froid de la machine cryogénique 2 non représentée en entier sur ladite figure. Ledit doigt froid 1 se présente sous la forme d'un cylindre sur la base 4 duquel on fixe par des moyens appropriés l'élément détecteur 5. Selon l'art antérieur, une paroi cylindrique 6, à la base de laquelle est placée une fenêtre 7 en matériau transparent aux rayonnements à détecter, est fixée par plusieurs vis, tel que 8, sur la machine cryogénique 2 formant, ainsi une enceinte 9 autour du doigt froid 1 et de l'élément détecteur 5, enceinte dont l'étanchéité est assurée par un joint torique 10. Un orifice 11 muni d'une vanne étanche de fermeture 12 permet de faire le vide dans ladite enceinte 9. Sur la figure 2 les éléments identiques à ceux de la figure 1 sont repérés par les mêmes chiffres, on retrouve ainsi le doigt froid t de la machine cryogénique 2. Ltélément détecteur 5 est fixé par des moyens appropriés à l'intérieur de l'enceinte 13 formée par la double paroi 14 et t5, plus précisémment sur l'embase 16 de la paroi interne 14. Selon l'invention, cette embase 16, réalisée en un matériau tel que dilver P ou kovar,présente en 17 un taraudage dont la base est terminée par un décolletage 18. Le doigt froid 1 présente à son extrémité un filetage 17a correspondant au tarau dague 17. La section de base 4 de l'extrémité du doigt froid 1 est usinée parfaitement plane perpendiculairement à l'axe dudit doigt froid de telle sorte qu'en vissant le filetage 17a sur le taraudage 17 ladite base 4 vienne s'appliquer parfaitement sur la base de la paroi interne 14 du cryostat. Une graisse, par exemple chargée de poudre d'argent, sert à enduire ladite base 4 pour améliorer le contact thermique entre le doigt froid et l'embase 16 qui sup- porte l'élément détecteur 5. L'enceinte 13 est réalisée selon les techniques connues. Aprbs mise en place de l'élément détecteur 5 et de ses connections de sortie 19, un vide secondaire est réalise dans l'enceinte 13 qui est scellée par fermeture du queusot 20. Tel que le représente la figure 2, le cryostat selon ltinven- tion est utilisé par simple vissage de son embase 16 sur ltextrmi- té du doigt froid 1. L'espace laissé libre entre le doigt froid 1 et la paroi interne 14 est très faible et ne cause pas de trop grandes pertes thermiques. Cependant pour réduire au minimum lesdites pertes thermiques et éviter le givrage de la zone 21, toujours selon l'invention, il est possible dadjoindre à la première enceinte 13 une seconde enceinte 23, tel que le représente la figure 3 Sur cette figure on retrouve l'enceinte 13 dont l'embase 16 conformément à l'invention est vissée à l'extrémité du doigt froid t.Dans le cas où l'extrémité dudit doigt froid ne comporte pas elle-mme de partie filetée et qu'il est malaisé d'effectuer ce filetage sur l'extrémité elle-m & e, il est possible d'utiliser une pièce intermédiaire filetée,tel que 24, qui est fixée à l'extrémité du doigt froid par tout moyen mécanique approprié. Par exemple, la pièce 24 peut comporter des trous dans lesquels prennent place des vis tel que 25, venant se visser dans des trous taraudés à l'extrémité du doigt froid. L'enceinte 23 est formée par le doigt froid 1, la paroi interne 14 de l'enceinte 13 et une paroi métallique 26. Cette paroi métallique 26, d'une part, s'appuie sur la paroi externe 15 de l'enceinte cryostatique par l'intermédiaire diune rondelle de calage 27, et d'un joint 28.A titre d'exemple non limitatif, la rondelle de calage 27 est en téflon et le joint 28 est un joint moulé en Rhodorsil RTV 521. D'autre part, la paroi métallique 26 est fixée sur la machine cryostatique 2 au moyen de lis tel que 29. Entre la paroi 26 et la machine cryostatique 2, l'étanchéité est assurée par un joint torique 30. Un raccord à vide 3t permet de raccorder l'enceinte 23 à une pompe à vide non représentée sur la figure 3. Un vide primaire, vite effectué, est suffisant pour ladite enceinte 23, car la mise en fonctionnement de la machine cryogénique assure par cryopompage un vide poussé de ladite enceinte 23. Cette seconde réalisation de l'enceinte cryostatique selon l'invention présente les mimes avantages que la première réalisation représentée sur la figure 2, à savoir : rapidité de mise en place d'un élément détecteur et non immobilisation de la machine cryogénique aufiprorit d'un seul élément détecteur. L'utilisation d'un Joint souple entre la paroi-16 et l'enceinte cryostatique 13 permet aux différents matériaux constitutifs de se dilater ou de se rétreindre indépendamment de la dilatation ou du rétreint propre au doigt froid. REVENDICATIONS 1 - Dispositif cryostatique constitué par un vase à double paroi comportant à la base de la paroi intérieure une embase servant de support à un détecteur de rayonnement situé dans Enceinte dudit vase et, à la base de la paroi extérieure, une fenetre en matériau transparent aux rayonnements à détecter, ledit dispositif étant caractérisé en ce que ltembase de la paroi intérieure réalisée en un matériau bon conducteur thermique, présente, sur la face opposée à celle portant le détecteur1 une cavité cylindrique dont la base est rigoureusement plane et dont la paroi latérale est taraudée. 2 - Dispositif cryostatique selon 1, monté vissé sur le doigt froid d'une machine cryogénique et complété par une paroi annexe raccordée, d'une part, au dispositif cryostatique par un joint souple et, d'autre part, à la machine cryogénique par un joint torique. 3 - Dispositif cryostatique caractérisé en ce qutil comporte deux enceintes séparées, dont l'une contenant un élément détecteur est scellée sous un vide très poussé tandis que l'autre composée d'éléments démontables se ferme sous un vide primaire.