• 輻射熱測量計

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    輻射熱測量計

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    測輻射熱計是一種通過具有隨溫度變化的電阻的材料來測量輻射熱的裝置。 它于 1878 年由美國天文學家塞繆爾·皮爾龐特·蘭利 (Samuel Pierpont Langley) 發明。

    工作原理

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    測輻射熱計由一個吸收元件組成,例如一層薄金屬,通過熱鏈路連接到蓄熱器(恒溫體)。 結果是,任何撞擊吸收元件的輻射都會使其溫度升高到高于儲存器的溫度——吸收的功率越大,溫度越高。 設置檢測速度的本征熱時間常數等于吸收元件的熱容量與吸收元件和儲液器之間的熱導率之比。 溫度變化可以直接用附帶的電阻溫度計測量,也可以用吸收元件本身的電阻作為溫度計。 金屬測輻射熱計通常無需冷卻即可工作。 它們由薄箔或金屬薄膜制成。 今天,大多數測輻射熱計使用半導體或超導體吸收元件而不是金屬。 這些設備可以在低溫下運行,從而顯著提高靈敏度。

    輻射熱測量計對吸收器內剩余的能量直接敏感。 因此,它們不僅可以用于電離粒子和光子,還可以用于非電離粒子、任何類型的輻射,甚至可以用于尋找未知形式的質量或能量(如暗物質); 這種缺乏歧視也可能是一個缺點。 最靈敏的測輻射熱計重置速度非常慢(即恢復與環境的熱平衡)。 另一方面,與更傳統的粒子探測器相比,它們在能量分辨率和靈敏度方面非常高效。 它們也被稱為熱探測器。

    蘭利測輻射熱計

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    蘭利制造的xxx個測輻射熱計由兩條覆蓋有油煙的、鉑或鈀箔條組成。 一根條帶屏蔽了輻射,一根暴露在輻射下。 這些條帶形成了惠斯登電橋的兩個分支,惠斯通電橋裝有靈敏的檢流計并連接到電池。 落在暴露帶上的電磁輻射會加熱它并改變它的電阻。 到 1880 年,Langley 的測輻射熱計已經精良到足以檢測四分之一英里外奶牛的熱輻射。 這種輻射熱探測器對十萬分之一攝氏度 (0.00001 C) 的溫差很敏感。 該儀器使他能夠在廣譜范圍內進行熱檢測,并記錄下所有主要的夫瑯和費線。 他還在電磁波譜的不可見紅外部分發現了新的原子分子吸收線。 1892 年,尼古拉·特斯拉親自詢問蘭利博士是否可以使用他的測輻射熱計進行電力傳輸實驗。由于首次使用,他成功地在西點軍校和他位于休斯頓街的實驗室之間進行了首次演示。

    在天文學中的應用

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    雖然測輻射熱計可用于測量任何頻率的輻射,但對于大多數波長范圍,還有其他更靈敏的檢測方法。 對于亞毫米波長到毫米波長(從大約 200 μm 到幾毫米波長,也稱為遠紅外線、太赫茲),測輻射熱計是最靈敏的可用探測器之一,因此用于這些波長的天文學。 為獲得最佳靈敏度,必須將它們冷卻到xxx零以上幾分之一度(通常為 50 mK 至 300 mK)。 亞毫米天文學中使用的測輻射熱計的著名例子包括赫歇爾太空天文臺、詹姆斯·克拉克·麥克斯韋望遠鏡和平流層紅外天文臺 (SOFIA)。 最近用于毫米波天文學的測輻射熱計的例子有 AdvACT、BICEP 陣列、SPT-3G 和普朗克衛星上的 HFI 相機,以及計劃中的西蒙斯天文臺、CMB-S4 實驗和 LiteBIRD 衛星。

    輻射熱測量計

    在粒子物理學中的應用

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    輻射熱計一詞在粒子物理學中也用于表示非常規粒子探測器。 它們使用與上述相同的原理。 測輻射熱計不僅對光敏感,而且對各種形式的能量都敏感。其工作原理類似于熱力學中的量熱計。 然而,近似值、超低溫和設備的不同用途使得操作使用大不相同。 在高能物理學的行話中,這些設備不稱為量熱計,因為這個術語已經用于不同類型的檢測器(參見量熱計)。 從 20 世紀初就提出了將它們用作粒子檢測器的提議,但xxx次常規使用(盡管是開創性的)只是在 1980 年代,因為與冷卻和操作系統相關的困難。

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    詞條目錄
    1. 輻射熱測量計
    2. 工作原理
    3. 蘭利測輻射熱計
    4. 在天文學中的應用
    5. 在粒子物理學中的應用

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