КАЛОРИМЕТР

Полезная модель - калориметр относится к области детекторов частиц и может быть использовано для регистрации заряженных частиц в исследованиях по физике высоких энергий и ядерной физике.
Из существующего уровня техники известны калориметры, которые могут быть использованы для работы с потоками заряженных частиц [1, 2, 3]. Недостатком известных калориметров является невозможность проведения измерений энерговыделения пучка ионов. Другим недостатком устройств является невозможность проведения подобных измерений с водными мишенями.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является, принимаемое за прототип, устройство для измерения профиля энерговыделения и полного пробега тяжелых ионов в твердотельной мишени калориметр [4]. Калориметр, включающий цилиндрический корпус с крышкой, содержащий входное и выходное диафрагменные отверстия, в котором соосно размещены цилиндрическая теплоизоляционная вставка и термостат с термоэлектрическими модулями и приемной площадкой из металлической фольги. Недостатками известного калориметра является низкая чувствительность и невозможность проведения измерений с водными мишенями.
Целью заявляемой полезной модели является повышение чувствительности и расширение функциональных возможностей калориметра.
Данная задача решается за счет того, что заявленная полезная модель - калориметр, включающий цилиндрический корпус с крышкой, содержащий входное и выходное диафрагменные отверстия, в котором соосно размещены цилиндрическая теплоизоляционная вставка и термостат с термоэлектрическими модулями и приемной площадкой из металлической фольги, отличается тем, что он дополнительно содержит две заглушки, установленные во входном и выходном диафрагменных отверстиях, его корпус снабжен ниппелем с обратным клапаном, а теплоизоляционная вставка выполнена с перфорированной боковой поверхностью.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью существенных признаков, является повышение чувствительности путем улучшения теплоизоляции термостата за счет минимизирования площади контакта теплоизоляционной вставки между корпусом калориметра и термостатом и введения в конструкцию калориметра ниппеля с обратным клапаном и двух заглушек, установленных во входном и выходном диафрагменных отверстиях, что позволяет вакуумировать измерительный объем.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема калориметра. Калориметр содержит: корпус - 1 с отверстиями для вывода контактов термоэлектрических модулей и откачки вакуума, крышку корпуса - 2, термостат - 3, теплоизоляционную вставку с перфорированной боковой поверхностью - 4, заглушки - 5 установленные во входном и выходном диафрагменных отверстиях, прокладку для обеспечения герметичности - 6, приемную площадку - 7, термоэлектрические модули - 8. В отверстие для откачки вакуума в корпусе 1 устанавливается ниппель с обратным клапаном - 9.
Теплоизоляционная вставка с перфорированной боковой поверхностью - 4 изображена на фиг.2. На фиг.3 изображена схема калориметра в изометрии без ниппеля с обратным клапаном.
Калориметр работает следующим образом.
Калориметр размещают на оси ионного пучка таким образом, чтобы пучок проходил через устройство по его центральной оси по нормали к плоскости приемной площадки, на расстоянии 5 мм от твердотельной мишени или внутри исследуемого объема жидкости (водного фантома) при помощи устройства трехмерного позиционирования.
Пучок ионов, попадающий в объем исследуемого вещества, начинает отдавать свою энергию. С торможением ионов одновременно происходит увеличение поперечного размера пучка за счет многократного рассеяния. В тонкой приемной площадке толщиной dx выделяется энергия ионов dE, зависящая как от параметров пучка ионов, так и от свойств исследуемого материала.
Энергия, оставляемая ионами в фольге (в тонкой приемной площадке толщиной dx) при ее прохождении, вызывает разогрев фольги. Приращение температуры фольги прямо пропорционально энергии, оставленной в ней ионами. Это приращение температуры регистрируется с помощью термоэлектрических модулей (элементов Пельтье), которые
преобразуют разность температур между фольгой и термостатом в электрический сигнал. Передняя крышка также играет роль апертурной диафрагмы.
2
2
Калориметр, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, в котором соосно размещены цилиндрическая теплоизоляционная вставка с перфорированной боковой поверхностью и термостат с шестью термоэлектрическими модулями, площадью 1 смкаждый, и приемной площадкой из металлической фольги, площадью 10,8 см (радиус R=18,5 мм), имеет чувствительность свыше 5 мВ/Дж. Корпус заявленного калориметра снабжен ниппелем с обратным клапаном и содержит входное и выходное диафрагменные отверстия с установленными в них двумя заглушками.
Источники информации:
1. Патент на изобретение №2282213 от 20.08.2006. Авторы: Тарасов Михаил Диодорович (RU), Петрушин Олег Николаевич (RU), Савельев Юрий Александрович (RU), Тараканов Михаил Юрьевич (RU). Патентообладателей): Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (RU), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (КЦ).
2. Патент на изобретение №2279691 от 10.07.2006. Автор: Крышкин Виктор Иванович (RU). Патентообладатель(и): ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ (КЦ).
3. Патент на изобретение №2388016 от 27.04.2010. Авторы: Поляков Владимир Алексеевич (RU), Клейменов Виктор Иванович (RU), Хаустов Геннадий Васильевич (RU), Донское Сергей Васильевич (RU), Романовский Владимир Иванович (RU). Патентообладатель(и): ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ (RU), РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ, ОТ ИМЕНИ КОТОРОЙ ВЫСТУПАЕТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАКАЗЧИК -
ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ "РОСАТОМ" (RU)).
4. Голубев А.А. Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук "Экспериментальные исследования кулоновского торможения ионов в холодном и ионизованном веществе". М., 2005. С. 75-80 (прототип).