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Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K CERN - LHC/ECR Laboratoire de CryogénieLionel SIMON10/11/1999 Rappels théoriques.

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1 Rayonnement thermique et mesure optique d'émissivité entre 80 et 300K CERN - LHC/ECR Laboratoire de CryogénieLionel SIMON10/11/1999 Rappels théoriques Exemples de modèles Exploitation des connaissances en mesure optique

2 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR2 Travaux sur le rayonnement thermique Graphe du spectre électromagnétique 1 Rappels théoriques

3 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR3 Travaux sur le rayonnement thermique Loi de Planck : Avec c 1 = 3.743x10 8 W. m 4 /m 2 et c 2 = 1.439x10 4 m.K Loi de Wien : MAX T = 2898 m.K

4 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR4 Travaux sur le rayonnement thermique Loi de Stefan-Boltzmann : Avec T en K et = 5.67x10 -8 W/(m 2.K 4 ) (W/m 2 )

5 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR5 Travaux sur le rayonnement thermique Corps Noir : W b =.T 4 Corps Réel : W r =..T 4 Quelques exemples d émissivité ( ) : Corps Noir : 1 Aluminium brut : 0.25 Aluminium poli : 0.20 Chrome : 0.08 Laiton Poli : 0.03 Or-Argent : 0.02

6 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR6 Travaux sur le rayonnement thermique Conservation de l énergieEquilibre thermique, loi de Kirchhoff P o =P o.( + + ) Matériau opaque : =0 + =1 + + =1 P émis = P absorbé.P o =.P o = = = 1 -

7 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR7 Travaux sur le rayonnement thermique Ce que contient lémissivité ( )

8 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR8 Travaux sur le rayonnement thermique Ce que contient lémissivité ( ) - suite

9 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR9 Travaux sur le rayonnement thermique Ce que contient labsorptivité ( )

10 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR10 Travaux sur le rayonnement thermique La géométrie : facteur de vue et angle solide A 1.F 12 = A 2.F 21

11 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR11 Travaux sur le rayonnement thermique La géométrie : facteur de vue et angle solide - suite F 11 = 0 F 12 = 1 F 1-2,3 = F F 1-3

12 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR12 Travaux sur le rayonnement thermique Formule finale générale : Calcul pratique par analogie électrique

13 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR13 Travaux sur le rayonnement thermique 2.1 Expérience de test du MLI (cryostat horizontal) 2 EXEMPLES DE MODELES

14 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR14 Travaux sur le rayonnement thermique Pourquoi une garde ?

15 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR15 Travaux sur le rayonnement thermique Evaluation des pertes latérales (max. 2mW) Limiter l entrée de rayonnement parasite par le trou de pompage (- 67 %)

16 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR16 Travaux sur le rayonnement thermique Lamélioration théorique apporté par la garde est de 12 à 15% (Flux supplémentaire). Laugmentation de flux constatée expérimentalement varie de 10 à 20%. Comparaison des résultats théoriques et expérimentaux avec et sans garde.

17 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR17 Travaux sur le rayonnement thermique 2.2 Modélisation dun trou dans un écran thermique 1 - Remplacer un trou et ce quil y a derrière par une surface aux propriétés optiques équivalentes

18 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR18 Noircir lintérieur d un écran ? Travaux sur le rayonnement thermique

19 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR19 Travaux sur le rayonnement thermique 2.3 Modélisation de la superisolation Emissivité apparente Influence de lémissivité de lenceinte à vide

20 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR20 Travaux sur le rayonnement thermique 3 Mesure démissivité 3.1 Quelles mesures, quel détecteur ? Mesure calorimétrique

21 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR21 Travaux sur le rayonnement thermique Mesure optique : directe ou par réflexion

22 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR22 Travaux sur le rayonnement thermique Détecteurs optiques (photoconducteurs, photovoltaïques, photoémissifs,...)

23 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR23 Travaux sur le rayonnement thermique Détecteurs thermiques (Cellule de Golay, bolomètre, pyroélectrique, thermopile …) - Une limite fondamentale : le bruit - Le détecteur idéal : le pyroélectrique. Utilisation d une fenêtre

24 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR Principe de fonctionnement de lappareil Dornier (fourni par G. Perinic) Travaux sur le rayonnement thermique A lambiante

25 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR25 Travaux sur le rayonnement thermique A froid

26 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR26 Résultats de calibration (par le développeur) Travaux sur le rayonnement thermique Les références utilisées sont : une plaque daluminium couverte d une peinture noire (0.99) une plaque dinox poli (0.11)

27 10/11/1999L.SIMON LHC-ECR27 Travaux sur le rayonnement thermique Résultats des premières mesures effectuées au Cryolab Les références utilisées sont : le vide, considéré comme noir ( =0) une plaque de cuivre dorée sur 30 m d épaisseur (0.01)


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