冷却実験レポート


2003年8月10-25日 鈴木、勝野、小俣、西村、東谷   （レポート：東谷）


 実験

初めて、レンズとＭＵＸ（１チャンネルのみ）を組み込んでの冷却実験を行った。

今回は、検出器デュワーが新しいオクタゴンデュワーに改善され、冷凍機は
新オクタゴンにとりつけられた。

       


真空・冷却機構に関しては、前回５月の実験から大きく変わった点は、熱パスを
改良したことだけで、あとは小さい改善点のみ。

◎熱パスを改良した。
  冷凍機ヘッド側は、銅板と銅ストラップを銀ろうづけで一体モノとし、
  ベンチ側は、銅板をカメラ部のサイドウォールに直接押し付けてネジで
  つけるようにした。最後にはヘッド全体をＭＬＩで覆った。

        

        

・冷凍機を新オクタゴンデュワーに取りつけた。
・光学ベンチにヒータをつけた。
  Lakeshoreのヒータ出力を利用して、100W（50W×2個）のヒータを、光学ベンチのコリメータ
  前半部分にとりつけた。アルミ板を介しているので、少し効率が悪い。

       

・Up to Air バルブをつけた（大気圧に戻す際に少しづつリークさせるバルブ）。
・ＭＬＩ（スーパーインシュレーション）は、形状（特にＧ１０腕など突起周辺の
  隙間の処理を多少改善して、７割くらいを作り直した。ミラー周辺のＭＬＩを
  初めて作った。検出器と冷凍機周辺はコネクタ類の処理などを行った。

       

・液体窒素は約600L用意したが足りず、最終的には900L使った（約$1800）。


      
                   実験全景


関連するレポート：
      2003年7月15日 ミラーのアラインメント（鈴木）
      2003年7月25日 レンズの組み込み（鈴木）
      2003年8月 7日 初！常温での結像実験（鈴木・勝野）
      2003年8月13日 初！低温での結像実験（鈴木・勝野）


 結果・考察

温度の変移グラフは以下のようになった。





PDF版グラフ

経過時間 メモ 0:00 予冷開始。デュワー真空度は1×10-2Torrでやや高め。 - 予冷管に一番近い「ベンチ中央」の温度は液体窒素の流量の変化に伴って大きく変動し、 他の部分はそれにゆっくりとついてくる。レンズマウントの温度降下率が 約1-2mK/sec になるよう調整する。 23:30 冷凍機オン 50:00 初めての低温での結像実験 56:00 カメラマウントが77Kに到達。 63:00 ベンチ中央付近が77Kに到達。 74:00 予冷終了。冷凍機だけのモードにはいる。 - 予冷終了から50時間ほどで温度が安定した（±0.1K/1day）。 175:00 検出器ヒータをオン - 温度はゆっくり上昇している（0.2-0.6K/day）。 234:00 冷凍機オフ - 温度上昇率 1.3-1.4K/hr 265:35 乾燥窒素注入 - 温度上昇率は窒素入れ始め頃は約5-9K/hr、24時間後までは約3K/hr、48時間後までは約1-2K/hr。 328:00 実験終了






最低到達温度 [K] 検出器ヒータなし のときの維持温度 [K] マウント（コリメータ） 80.6 83.6 マウント（カメラ） 72.9 75.1 マウント（ミラー） 88.9 91.4? 光学ベンチ（コリメータ部） 79.7 82.5 光学ベンチ（バルクヘッド端部） 77.7 81.0 ターレット 79.2 80.8 熱パス（ベンチ側） 69.1 71.3 熱パス（冷凍機側） 47.3 48.0

     5分の測定ごとの差分グラフ。時間軸は、上の温度推移グラフと同じ。
     冷やすとき、何度か温度差の大きいときがあるが、これは液体窒素のタンクを交換
     したときや流量を増やした時と一致する。

     今回の実験では、冷却・低温維持能力はほぼ足りていたと思うが、あまり余裕はない
     ので、光学系・検出器関連を２チャンネル全て入れたときにどなるかは不明。
     次は、検出器２チャンネル分の温度制御をしながら、光学系各部をどの温度に維持できる
     かを知ることが課題（知ったからといって、これ以上大きな改善ができるかはわからないが、
     その温度で光学性能がだせるかどうかを調べることが本質だと思う）。


 メモ

   １、CTI冷凍機本体と液体窒素流入口が近いので、冷凍機の取りつけ向きに注意する。
       ほかにも、窒素窒素管の氷水が下のエレキ関連のものなどに滴らないように対策する。
   ２、デュワー支持構造部と本体部が電気的接触をしないよう注意。真空配管やMOS機構部など。
   ３、住重冷凍機のヘッド位置が、光学ベンチに近すぎるので、上げ底フランジを作るなどして
       工夫する。検出器用第二段ヘッドへの熱パスの取りつけのしやすさも考える。