Rayonnement thermique et mesure optique d'

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Rayonnement thermique et mesure optique
d'émissivité entre 80 et 300K

• Rappels théoriques
• Exemples de modèles
• Exploitation des connaissances en mesure optique

CERN - LHC/ECR Laboratoire de Cryogénie
Lionel SIMON
10/11/1999
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Travaux sur le rayonnement thermique
1 Rappels théoriques
Graphe du spectre électromagnétique
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Travaux sur le rayonnement thermique

• Loi de Planck

Avec c1 3.743x108 W.mm4/m2 et c2
1.439x104 mm.K

• Loi de Wien  lMAX T 2898 mm.K

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Travaux sur le rayonnement thermique

• Loi de Stefan-Boltzmann

(W/m2)
Avec T en K et s 5.67x10-8 W/(m2.K4)
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Travaux sur le rayonnement thermique
Corps Noir Wbs.T4
Corps Réel Wre.s.T4

• Quelques exemples d émissivité (e)
• Corps Noir 1
• Aluminium brut 0.25
• Aluminium poli 0.20
• Chrome 0.08
• Laiton Poli 0.03
• Or-Argent 0.02

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Travaux sur le rayonnement thermique
Conservation de l énergie
Equilibre thermique, loi de Kirchhoff
Pémis Pabsorbé
PoPo.(rat)
rat1
e.Po a.Po
ra1
Matériau opaque t0
e a
e
a e
r 1 - e
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Travaux sur le rayonnement thermique
Ce que contient lémissivité (e)
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Travaux sur le rayonnement thermique
Ce que contient lémissivité (e) - suite
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Travaux sur le rayonnement thermique
Ce que contient labsorptivité (a)
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Travaux sur le rayonnement thermique
La géométrie facteur de vue et angle solide
A1.F12 A2.F21
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Travaux sur le rayonnement thermique
La géométrie facteur de vue et angle solide -
suite
F1-2,3 F1-2 F1-3
F11 0 F12 1
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Travaux sur le rayonnement thermique
Calcul pratique par analogie électrique
Formule finale générale
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Travaux sur le rayonnement thermique
2 EXEMPLES DE MODELES
2.1 Expérience de test du MLI (cryostat
horizontal)
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Travaux sur le rayonnement thermique
Pourquoi une garde ?
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Travaux sur le rayonnement thermique

• Evaluation des pertes latérales (max. 2mW)

• Limiter l entrée de rayonnement parasite par le
  trou de pompage (- 67 )

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Travaux sur le rayonnement thermique

• Comparaison des résultats théoriques et
  expérimentaux avec et sans garde.

Lamélioration théorique apporté par la garde est
de 12 à 15 (Flux supplémentaire). Laugmentation
de flux constatée expérimentalement varie de 10 à
20.
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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
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Travaux sur le rayonnement thermique

• Noircir lintérieur d un écran ?

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Travaux sur le rayonnement thermique
2.3 Modélisation de la superisolation

• Emissivité apparente

• Influence de lémissivité de lenceinte à vide

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Travaux sur le rayonnement thermique
3 Mesure démissivité
3.1 Quelles mesures, quel détecteur ?

• Mesure calorimétrique

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Travaux sur le rayonnement thermique

• Mesure optique directe ou par réflexion

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Travaux sur le rayonnement thermique

• Détecteurs optiques (photoconducteurs,
  photovoltaïques, photoémissifs, ...)

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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

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Travaux sur le rayonnement thermique
3.2 Principe de fonctionnement de lappareil
Dornier (fourni par G. Perinic)

• A lambiante

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Travaux sur le rayonnement thermique

• A froid

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Travaux sur le rayonnement thermique

• Résultats de calibration (par le développeur)

• Les références utilisées sont
• une plaque daluminium couverte d une peinture
  noire (0.99)
• une plaque dinox poli (0.11)

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Travaux sur le rayonnement thermique

• Résultats des premières mesures effectuées au
  Cryolab

• Les références utilisées sont
• le vide, considéré comme noir (r0)
• une plaque de cuivre dorée sur 30mm d épaisseur
  (0.01)