مقاييس الإشعاع الحراري

 مقاييس الإشعاع الحراري: *

&لا يعتمد أثر كواشف الإشعاع الحراري على التأثير المتبادل والمباشر بين الفوتونات والإلكترونات وإنما على ارتفاع درجة الحرارة نتيجة امتصاص الإشعاع مما يؤدي بدوره إلى تغير مواصفات المواد ونشوء جهد كهروحراري يمكن قياسه .

تملك كواشف الإشعاع الحراري مزايا إيجابية تجاه الكواشف الكوانتية ويعود ذلك إلى :

1. عرض مجال طيف الحساسية للكواشف الحرارية .

2. كشفها في المجالات الأبعد من تحت الحمراء والأمواج الميكروية .

3. ثباتها العالي عن شدات إشعاع حرارية مرتفعة كما هي الحال في الإشعاعات الليزرية .

يتم تحويل كامل طاقة الإشعاعات الساقطة على قضيب حراري (الحساس) وذلك عبر مجال موجه واسع إلى طاقة حرارية باستخدام ماص إشعاع سطحي في القضيب ويتم تضخيم وتقوية الأثر الكهروحراري المتشكل في القضيب الحراري بمقدار (n) ضعف من خلال الإشعاع المتتالي بعدد (n) من المزدوجات الحرارية ذات المعدن الواحد (الإشعاع على (n) مزدوجة عدد من المرات بشرط أن تكون هذه المزدوجات من معدن واحد) ويظهر الشكل (1) مبدأ تصميم أحد أنواع القضبان الحرارية :

الشكل (1) قضيب حراري مؤلف من (n) مزدوجة حرارية من نفس النوع

**مقاييس الإشعاع الحراري البولوميتر Bolometer : **

&إن مقياس الإشعاع الحراري Bolometer هو جهاز لقياس الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط عن طريق تسخين مادة ذات تسخين مادة ذات مقاومة كهربائية متعلقة بدرجة الحرارة . تم اختراع ذلك في عام 1878 من قبل الفلكي الأمريكي صمويل بيربونت لانجلي Samuel Pierpont Langley .

إذن يعتمد مبدأ القياس على تغير المقاومة لناقل معدني بسبب الحرارة ويتم قياس تغير المقاومة الناتج عن ذلك بشكل عام بوساطة جسر وطستون .

تتألف خلية القياس من خلية مفرغة من الهواء وطبقتها الداخلية مطلية باللون الأسود ومعزولة حرارياً عن الوسط الخارجي بشكل جيد ويوجد فيها بضع مئات من الأمتار لسلك معدني رفيع تأخذ نهايته إلأى الخارج كما في الشكل (2) . فعند استخدام خليتين متطابقتين بالمواصفات وتعريض أحدهما فقط للإشعاع الكهرومغناطيسي الواجب قياس شدته فإن جهد الجسر المشار إليه بالمقياس V_s يعتبر ناتج عن تغير المقاومة والذي بدوره يكون متناسباً مع شدة الإشعاع الساقط عليها (الارتفاع الحراري للمقاومة الناتج عن عملية امتصاص الحرارة) .

الشكل (2) بولوميتر بخليتين أحدهما للقياس والأخرى مرجعية مع دارة وطستون

يتكون مقياس الإشعاع الحراري الحالي من عنصر ماص للحرارة ، كثل طبقة رقيقة من المعدن ، متصل بخزان حراري (جسم ذو درجة حرارة ثابتة) من خلال وصلة حرارية . والنتيجة هي أن أي إشعاع يصطدم بالعنصر الماص للحرارة سوف يرفع درجة حرارة هذا العنصر إلى درجة أعلى من درجة حرارة الخزان الحراري ، وكلما كانت الشدة الممتصة أكبر كلما كان ارتفاع درجة الحرارة أكبر . إن الثابت الزمني الحراري الفعلي ، الذي يحدد سرعة الكاشف ، مساو لنسبة السعة الحرارية للعنصر الماص إلى الناقلية الحرارية بين العنصر الماص والخزان الحراري .

إن التغير في درجة الحرارة يمكن أ، يقاس مباشرة بواسطة مقياس حرارة مقاوم resistive thermometer موصول إلى العنصر الماص ، أو يمكن استخدام مقاومة العنصر الماص نفسها كمقياس حرارة Thermometer . تعمل أجهزة قياس الإشعاع الحراري المعدنية عادة من دون تبريد . ويتم إنتاجها من رقائق رقيقة أ, أفلام معدنية رقيقة . تستخدم معظم مقاييس الإشعاع الحراري الحالية عناصر ماصة من أنصاف النواقل أو ذات الناقلية الفائقة بدلاً من المعادن . ويمكن تشغيل هذه الأجهزة في درجات الحرارة المبرِّدة cryogenic temperatures ، مما يؤمن حساسية قياس كبيرة .

تعتبر أجهزة قياس الإشعاع الحراري حساسة مباشرة للطاقة المتبقية ضمن العنصر الماص للحرارة . لهذا السبب يمكن استخدامها ليس فقط المؤينة والفوتونات ، ولكن أيضاً للجزيئات غير المؤينة ، وأي نوع من الإشعاع وحتى للبحث عن أشكال غير معروفة من الكتلة أ, الطاقة (مثل المادة المظلمة) ، وهذا النقص في التمييز بين أنواع الإشعاعات يمكن أ، يكون أيضاً أحد عيوب هذه المقاييس . إن معظم أجهزة قياس الإشعاع الحراري الحساسة بطيئة جداً بالعودة إلى وضع التوازن (أي العودة إلى التوازن الحراري مع البيئة) . من ناحية أخرى ، وبالمقارنة مع كاشفات الجزيئات التقليدية ، فإنها فعالة للغاية من حيث تحديد الطاقة والحساسية . &