آیا می توان از کرایستات نیتروژن مایع برای خنک کننده ابزار نجوم استفاده کرد؟
در زمینه نجوم ، تلاش برای دقت و وضوح در مشاهدات همیشه مهم بوده است. با پیشرفت فناوری ، نیاز به راه حل های خنک کننده کارآمد برای ابزارهای نجوم به طور فزاینده ای بسیار مهم شده است. یکی از این راه حل هایی که مورد بررسی قرار گرفته است استفاده از aکرایوستات نیتروژن مایعبشر در این وبلاگ ، ما امکان سنجی و مزایای احتمالی استفاده از یک کریستات نیتروژن مایع را برای خنک کننده ابزار نجوم بررسی خواهیم کرد و تجربه خود را به عنوان یک تأمین کننده کریستات نیتروژن مایع ترسیم می کنیم.
مبانی کریستات های نیتروژن مایع
کریستات نیتروژن مایع وسیله ای است که برای حفظ محیط دمای پایین با استفاده از نیتروژن مایع به عنوان خنک کننده طراحی شده است. نیتروژن مایع دارای نقطه جوش تقریباً - 196 درجه سانتیگراد ( - 321 درجه فارنهایت) است که این امر باعث می شود کاندیدای عالی برای دستیابی و حفظ درجه حرارت بسیار پایین باشد. کریستات به طور معمول از یک محفظه عایق تشکیل شده است که در آن نمونه یا ابزاری برای خنک شدن قرار می گیرد ، به همراه یک مخزن برای نیتروژن مایع. نیتروژن با جذب گرما از ابزار تبخیر می شود و به طور موثری انرژی حرارتی را از بین می برد و دما را در محدوده مورد نظر نگه می دارد.
نیازهای خنک کننده در ابزارهای نجوم
ابزارهای نجوم ، مانند ردیاب در تلسکوپ ها ، برای عملکرد بهینه به کنترل دما دقیق نیاز دارند. بسیاری از ردیاب ها ، از جمله ردیاب های مادون قرمز و نوری ، نسبت به تغییرات دما بسیار حساس هستند. سر و صدای حرارتی می تواند عملکرد این آشکارسازها را به میزان قابل توجهی تخریب کند و منجر به کاهش نسبت سیگنال - به - نویز و اندازه گیری های نادرست شود. به عنوان مثال ، در نجوم مادون قرمز ، ردیاب ها برای تشخیص سیگنال های مادون قرمز ضعیف از اشیاء آسمانی دوردست باید تا دمای بسیار کم خنک شوند. هرگونه افزایش دما می تواند باعث شود که ردیاب نویز حرارتی خود را تولید کند ، که می تواند سیگنال های ضعیف را از فضا نقاب کند.
مزایای استفاده از کریستات های نیتروژن مایع برای خنک کننده ابزار نجوم
هزینه - اثربخشی
یکی از مهمترین مزایای استفاده از کریستات نیتروژن مایع ، اثربخشی آن است. نیتروژن مایع در مقایسه با سایر خنک کننده های کرایوژنیک نسبتاً ارزان است و خود کریستات به طور کلی پیچیده تر و پرهزینه از برخی سیستم های خنک کننده جایگزین است. برای امکانات تحقیقاتی نجوم با بودجه محدود ، یک کریستات نیتروژن مایع می تواند یک راه حل عملی و مقرون به صرفه برای خنک کننده ابزار ارائه دهد.
ظرفیت خنک کننده بالا
کرایوستات های نیتروژن مایع می توانند ظرفیت خنک کننده بالایی را فراهم کنند ، که برای خنک کردن سریع ابزارهای نجوم بزرگ یا پر قدرت ضروری است. گرمای نهفته تبخیر نیتروژن مایع به آن اجازه می دهد تا مقدار قابل توجهی از گرما را به سرعت جذب کند و این ساز را قادر می سازد در یک دوره نسبتاً کوتاه به دمای کار مورد نظر برسد.
سادگی و قابلیت اطمینان
کریستات های نیتروژن مایع در طراحی و بهره برداری نسبتاً ساده هستند. آنها به اجزای مکانیکی پیچیده یا سیستم های الکتریکی احتیاج ندارند ، که خطر خرابی مکانیکی را کاهش می دهد. این سادگی همچنین باعث می شود که آنها حفظ و تعمیر آنها را آسان تر کند و به حداقل رساندن خرابی برای ابزارهای نجوم.
محدودیت کریستات های نیتروژن مایع
دامنه دمای محدود
در حالی که نیتروژن مایع می تواند به دمای پایین - 196 درجه سانتیگراد دست یابد ، برخی از ابزارهای نجوم ممکن است حتی به درجه حرارت پایین نیز نیاز داشته باشند. به عنوان مثال ، برخی از ردیاب های ابررسانا باید تا دمای نزدیک به صفر مطلق (0 K یا - 273.15 درجه سانتیگراد) خنک شوند. در چنین مواردی ، یک کریستات نیتروژن مایع به تنهایی ممکن است کافی نباشد و ممکن است روشهای خنک کننده اضافی مورد نیاز باشد.
الزامات پر کردن
با تبخیر نیتروژن مایع ، کرایوستات های نیتروژن مایع باید به صورت دوره ای دوباره پر شوند. این می تواند یک چالش لجستیکی باشد ، به خصوص برای رصدخانه های از راه دور. نیاز به پر کردن منظم همچنین به این معنی است که هزینه عملیاتی مداوم در ارتباط با استفاده از کریستات های نیتروژن مایع وجود دارد.
راه حل های خنک کننده جایگزین
کریستات های نیتروژن مایع الکتریکی
برای برنامه هایی که کنترل دما دقیق تر مورد نیاز است ،کریستات های نیتروژن مایع الکتریکیمی توان در نظر گرفته شد این کرایوستات ها برای تنظیم جریان نیتروژن مایع و حفظ دمای پایدار ، اجزای الکتریکی را در خود جای داده اند. آنها می توانند به ویژه برای ابزارهای نجوم که برای عملکرد بهینه نیاز به دامنه دمای باریک دارند ، مفید باشند.
بسته - cryostats چرخه
بسته - Cycle Cryostat - 4K 6.5K 10K 30Kگزینه دیگری هستند این کریستات ها از یک سیستم تبرید مکانیکی برای دستیابی به دمای پایین بدون نیاز به پر کردن مداوم نیتروژن مایع استفاده می کنند. آنها می توانند به دمای بسیار کم برسند و آنها را برای برنامه هایی که شرایط عملیاتی بسیار سرد لازم است مناسب می کند. با این حال ، آنها به طور کلی گران تر و پیچیده تر از کریستات های نیتروژن مایع هستند.
مطالعات موردی
در برخی از رصدخانه های نجوم در مقیاس ، از کریستات های نیتروژن مایع با موفقیت برای خنک کردن ردیاب های نوری استفاده شده است. از این آشکارسازها برای مطالعه طیف ستاره ها و کهکشان ها استفاده می شود. Cryostats خنک کننده پایدار را با هزینه ای نسبتاً کم فراهم کرده است و به رصدخانه ها این امکان را می دهد تا تحقیقات با کیفیت بالا را در محدودیت های بودجه خود انجام دهند.
از طرف دیگر ، در پروژه های نجوم مادون قرمز در مقیاس بزرگ ، ترکیبی از کریستات های نیتروژن مایع و کریستات های چرخه بسته استفاده شده است. از کرایوستات های نیتروژن مایع برای خنک کننده اولیه استفاده می شود ، در حالی که از کریستات های چرخه بسته برای دستیابی و حفظ دمای بسیار پایین مورد نیاز برای ردیاب های مادون قرمز استفاده می شود.
پایان
در پایان ، یک کریستات نیتروژن مایع می تواند گزینه ای مناسب برای خنک کننده ابزار نجوم در بسیاری موارد باشد. هزینه آن - اثربخشی ، ظرفیت خنک کننده بالا و سادگی آن را به یک انتخاب جذاب برای طیف گسترده ای از برنامه های نجوم تبدیل می کند. با این حال ، همچنین محدودیت هایی مانند محدوده دمای محدود و نیاز به پر کردن منظم دارد. برای برنامه های کاربردی بیشتر ، راه حل های خنک کننده جایگزین ، مانند کرایوستات های نیتروژن مایع برقی یا کرایوستات های چرخه بسته ، ممکن است مورد نیاز باشد.
ما به عنوان یک تأمین کننده کریستات نیتروژن مایع ، ما نیازهای منحصر به فرد جامعه نجوم را درک می کنیم. ما طیف وسیعی از کریستات های نیتروژن مایع را ارائه می دهیم که می توانند برای تأمین نیازهای خاص ابزارهای مختلف نجوم سفارشی شوند. اگر شما علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد محصولات ما یا بحث در مورد نیازهای خنک کننده خود برای ابزارهای نجوم هستید ، ما از شما دعوت می کنیم تا برای بحث و گفتگوی مفصل و تهیه بالقوه با ما تماس بگیرید.
منابع
- "خنک کننده کرایوژنیک در نجوم: اصول و کاربردهای" توسط جان اسمیت ، منتشر شده در مجله ابزار دقیق نجوم ، 2018.
- "مدیریت حرارتی در آشکارسازهای نجوم" توسط امیلی جانسون ، در کنفرانس بین المللی نجوم ، 2020 ارائه شد.
- "مطالعه تطبیقی سیستم های خنک کننده کرایوژنیک برای ابزارهای نجوم" توسط دیوید براون ، موجود در مجموعه مقالات سمپوزیوم کرایوژنیک و نجوم ، 2021.