Brevet FR2368675A1 — publié le 19780519

La présente invention se rapports à un dispositif cryosta- tique pouvant s'adapter à une machine cryogénique en vue de son utilisation pour le refroidissement d'un élément photodétecteur. Les machines cryogéniques connues comprennent habituellement un doigt, porté à une très basse température, auquel est fixé lélEment photodétecteur et qui est entouré par une paroi formant, avec le doigt froid, une enceinte étanche. Une fenêtre transparente aux rayonnements à détecter est fixée sur cette enceinte. On effectue ensuite un vide poussé dans cette enceinte étanche, le vide ayant pour but d'éviter les pertes thermiques autour du doigt froid et le givrage de la surface sensible du photodétecteur. Cependant le pompage de l'enceinte étanche ainsi formée est très long l'expérience a montré qu'un pompage de trois lois était nécessaire pour obtenir un dégazage convenable du doigt froid. Pour pallier cet inconvénient, un dispositif cryostatique comportant deux enceintes étanches séparées a été décrit dans la demande de brevet français n0 76 08 737. Ce dernier dispositif comporte essentiellement un cryostat, par exemple à double paroi de verre, du type bien connu sous le nom de vase Dewar, dans lequel 11 élément détecteur est fixée la paroi extérieure du cryostat étant pourvue d'une entre transparente aux rayonnements à détec- ter. L'extrémité du doigt froid de la machine cryogénique s'applique à l'intérieur de la cavité cylindrique du cryostat dont la base est rigoureusement-plane et l'extrémité de la paroi latérale est taraudée. Un système de vissage du doigt froid permet d'assurer un bon contact thermique du doigt.-aveç ltewbase du cryostat sur laquelle est fixé l'élément photodétecteur. Une seconde enceinte est créée en fermant l'espace laissé libretentwe le doigt froid et le cryostat au solen d'une paroi rigide raccordée d'une part au -cryostat par un joint souple et d'autre part à la machine cryogénique par un joint torique. Cependant le contact thermique obtenu par vissage du doigt avec 1'embase du cryostat n'est pas excellent pour pallier les effets de dilatation lors de la mise en froid. L'objet de la présente invention consiste à améliorer ce contact thermique tout en permettant d'une part. l'obtention d'un vide poussé dans l'enceinte étanche contenant l'élément photodétecteur et d'autre part un changement rapide de 11 élément photodétecteur en cas de défection de celui-ci par- exemple. Le moyen de l'invention permet de résoudre le problème de mise en froid de l'élément détecteur et son positionnement tout en tenant compte des valeurs différentes des coefficients de dilatation des matériaux constituant le doigt froid et le cryostat. L'invention a pour but de résoudre les problèmes d'étanchéité et de contact thermique par un mtme moyen. Le dispositif cryostatique selon l'invention se compose d'un vase à double paroi comportant à la base de sa paroi intérieure une embase servant de support à un détecteur de rayonnement situé dans l'enceinte dudit vase et, à la base de la paroi extérieure, une fene- tre en matériau transparent aux rayonnements à détecter, ledit détecteur étant refroidi au moyen du doigt froid d'une machine cryogénique et le vase à double paroi étant raccordé à la machine cryogénique au moyen d'une paroi annexe en formant une seconde enceinte, ladite paroi métallique étant constituée par un soufflet métallique élastique et étant, d'une part, soudée au dispositif cryostatique et,d'autre part,raccordée à la machine cryogénique au moyen d'un joint torique.Cette paroi annexe assure ainsi simultanément l'étanchéité de la seconde enceinte et la pression nécessaire au contact thermique du doigt froid. Un tel mode de réalisation de l'enceinte cryostatique selon l'invention présente une rapidité de mise en place d'un élément détecteur, une non immobilisation de la machine cryogénique au profit d'un seul élément détecteur et un contact thermique satisfaisant dès la mise en place du dispositif cryostatique. D'autres caractéristiques et d'autres avantages du dispositif cryostatique selon l'invention apparaitront au cours de la description suivante illustrée par une figure unique. Le doigt froid 1 de la machine cryogénique 2,non représentée en entier sur la figure, se présente sous la forme d'un cylindre formé d'une base 3 bien plane. L'élément détecteur 4 est fixé par des moyens appropriés à l'intérieur d'une enceinte 5 formée par une double paroi interne 6 et externe 7, et plus précisément sur l'embase 8 de la paroi interne 6. La paroi externe 7 de l'enceinte 5 est pourvue d'une fenêtre 9 en matériau transparent aux rayonnements à détecter.Après la mise en place de l'élément détecteur et de ses connexions électriques 10, un vide secondaire est effectué de façon connue dans l'enceinte 5 qui est ensuite scellée par fermeture du queusot Il. Lorsque l'extrémité 3 du doigt froid s'applique sur l'embase 8 du cryostat, l'espace 12 laissé libre entre le doigt froid 1 et la paroi interne 6 du cryostat est refermé selon l'invention au moyen d'un soufflet métallique 13 se présentant sous la forme d'un tube mince portant des ondulations circulaires parallèles entre elles, lesdites ondulations étant perpendiculaires à l'axe du doigt froid 1. Le soufflet est soudé, d'une part, au sommet de la paroi interne 7 de l'enceinte cryostatique 5 et,d'autre part, fixé par tout moyen mécanique approprié sur une pièce 14 métallique circulaire.Cette pièce 14 s'applique sur la machine cryostatique 2 au moyen de vis telles que 15,le soufflet se trouvant alors en extension. L'étanchéité entre la pièce métallique 14 et la machine cryostatique 2 est assurée par le joint torique 16. A titre d'exemple non limitatif le joint torique 16 peut etre en indium. Un raccord à vide 17 permet de raccorder l'enceinte 12 à une pompe à vide non représentée sur la figure. Un vide primaire réalisé dans l'enceinte 12 assure,d'une part,un isolement thermique relatif autour du doigt froid 7 et, d'autre part, le contact du doigt froid 1 contre l'embase 3 du cryostat. Les surfaces en contact sont parfaitement usinées et planes. Un film de graisse à vide, par exemple, chargé de poudre d'argent, sert à enduire ltembase 3 afin d'améliorer le contact thermique entre le doigt froid et l'embase 4. Le vide créé dans cette enceinte 12, m#me médiocre, est amé- lioré par le cryopompage assuré par la paroi froide du doigt 1. Cette réalisation d'une seconde enceinte 12 extensible au moyen d'un soufflet métallique présente avantageusement un double effet technique. D'une part,au cours de son refroidissement, le doigt froid 1 se contracte d'une longueur non négligeable, longueur qui est compensée par un reltchement de l'extension du soufflet métallique 13. D'autre part, la face élastique du soufflet exerce une pression améliorant le contact du doigt froid I sur l'embase 3. Afin d'assurer une parfaite coaxialité du vase Dewar avec le doigt froid 1, on dispose autour du vase un dispositif de sécurité solidaire de la machine cryogénique 2. Ce dispositif de sécurité se compose d'une pièce métallique circulaire 19 pourvue sur sa surface intérieure de deux joints toriques so#uples 18. Le vase Dewar vient coulisser à l'intérieur de cette pièce métallique 19 qui est liée rigidement à la machine cryogénique 2,par exemple par l'intermédiaire trois colonnettes métalliques équidistantes 20. La surface externe 7 du vase Dewar est rectifiée afin de pouvoir coulisser à l'intérieur de la pièce métallique 19. L'ensemble des trois colonnettes 20 et de la pièce 19 forme ainsi un manchon rigide interdisant les mouvements latéraux du vase Dewar et permet- tant uniquement les mouvements coaxiaux par rapport à la machine cryogénique. 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 lten- ceinte dudit vase et à la base de la paroi extérieure une fenêtre en matériau transparent aux rayonnements à détecter, ledit détecteur étant refroidi au moyen du d > igt-ftoid d'une machine cryogénique, ledit vase à double paroi étant raccordé à la machine cryogénique au moyen d'une paroi annexe en formant une deuxième enceinte, dispositif caractérisé en ce que ladite paroi annexe est une paroi métallique élastique ayant la forme d'un soufflet et est, d'une part, soudée au dispositif cryostatique, d'autre part, raccordée à la machine cryogénique au moyen d'un joint torique, ladite paroi annexe assurant simultanément 1' étanchéité de la seconde enceinte et la pression nécessaire au contact thermique dudit doigt froid. 2 - Dispositif cryostatique selon la revendication 1 caracté- risé en ce que la surface externe dudit vase Dewar est rectifiée afin de coulisser à l'intérieur d'une pièce métallique circulaire reliée rigidement à ladite machine cryogénique. 3 - Dispositif cryostatique selon la revendication 2 caractérisé en ce que la piNce métallique circulaire est reliée à ladite machine cryogénique au moyen de trois colonnettes équidistantes.