RTU Research Information System
Latviešu English

Publikācija: Analysis of Dynamic Processes in Cryostats with Electromachine Cooling

Publication Type Doctoral Thesis
Funding for basic activity State funding for education
Defending: 19.09.2019 16:00, Rīgā, Paula Valdena ielā 1, 101. telpā
Publication language Latvian (lv)
Title in original language Dinamisko procesu analīze kriostatos ar elektromašīnu dzesēšanu
Title in English Analysis of Dynamic Processes in Cryostats with Electromachine Cooling
Field of research 2. Engineering and technology
Sub-field of research 2.3 Mechanical engineering
Research platform Materials, Processes, and Technologies
Authors Oļegs Jakovļevs
Keywords gamma spektrometrija, elektromašīnu dzesētāji, īpaši tīrs germānijs, dzesēšanas dinamika, modālā analīze, kriostats
Abstract Mūsdienīgā gamma spektrometrija sniedz unikālās iespējas dažādu pētījumu veikšanai daudzās zināšanu jomās. Pašlaik tiek izmantoti dažādi gamma detektoru tipi, kuru vidū līdera pozīciju ieņem pusvadītāju detektori (PVD) no īpaši tīrā germānija (ĪTG). Šo detektoru pamatīpatnība ir nepieciešamība dzesēt germānija monokristālu līdz šķidrā slāpekļa temperatūrai. Līdz ar tirgū pieejamo elektromašīnu dzesētāju (EMD) rašanos, ĪTG gamma spektrometru izstrāde kļuva iespējama uz tādu dzesētāju pamata. Šajā darbā pētāmā gamma spektrometra pamatu veido kriostats ar EMD. Darba pamatu nosaka dinamisko blakusprocesu analīze, ar nolūku izstrādāt komplekso kriostatu projektēšanas pieeju, kas ļauj samazināt elektromašīnu dzesētāju tipveida trūkumu ietekmi. Pētījuma objekts ir kriostata ar ĪTG detektoru un elektromašīnu dzesētāju dinamiskais siltuma un mehāniskais modeļi. Ierobežotā EMD dzesēšanas jauda, kuras dēļ rodas paaugstinātās prasības pret siltuma pieplūdes uz kriostatu samazināšanos, prasa detalizēto kriostata ar EMD siltuma modeļa analīzi un siltuma pieplūdes uz kriostatu samazināšanās pamatceļu atklāšanu. Mehāniskās svārstības, kuru avots ir EMD, izraisa gan paša ĪTG detektora, gan arī kriostata vāka vibrācijas. Elektriskās ķēdes parametru izmaiņas, kuras izraisīja mehāniskās vibrācijas, satricinājumi un, it sevišķi, skaņas svārstības, veicina traucējumu rašanos gamma spektrometriskas aparatūras darbībā, kas pasliktina ĪTG spektrometra izšķirtspēju. Darbā tiek aplūkots matemātiskais kriostata ar ĪTG detektoru dzesēšanas dinamikas modelis un iegūto rezultātu salīdzināšana ar modeli, kas ir izveidots uz GEM pamata. Tika veikta verifikācija eksperimentālā veidā. Tika veikta galveno kriostata svārstību sistēmu modālā analīze, kuras rezultāti ir eksperimentāli pārbaudīti. Tika piedāvāta kompleksā kriostatu ar EMD projektēšanas pieeja, uz kuru pamata tika modificēti gamma spektrometru ražojamie paraugi.
Abstract in English Modern gamma spectrometry provides unique opportunities for various studies in many areas of knowledge. Currently, various types of gamma detectors are used, among which semiconductor detectors from high-purity germanium (HPGe) occupy a leading position. The main feature of these detectors is the need to cool the HPGe crystal up to the liquid nitrogen temperature. With the advent of commercially available electromashine coolers (EMC), the development of HPGe gamma spectrometers based on such coolers became possible. The basis of the gamma spectrometer studied in this work is a cryostat with EMC. The basis of the work is determined by the analysis of related dynamic processes in order to develop an integrated approach to the design of cryostats, allowing to reduce the effect of typical shortcomings of electromechanical coolers. The object of the study are dynamic thermal and mechanical models of a cryostat with an HPGe detector and an electric electromechanical cooler. The limited cooling capacity of EMC, due to which there are increased requirements for reducing the heat loss in the cryostat, requires a detailed analysis of the thermal model of the cryostat with EMC and identifying the main ways to reduce the heat loss in the cryostat. Mechanical fluctuations, the source of which is EMC, cause vibrations of the HPGe detector itself and the cryostat cover. Changes in the electrical circuit parameters caused by mechanical vibrations, shocks, and, in particular, sound vibrations lead to interference in the operation of electronic equipment, which degrades the resolution of the HPGe gamma spectrometer. The work considers a mathematical model of the cooling dynamics of a cryostat with an HPGe detector and a comparison of the obtained results with the created model based on the FEM. Verification is performed experimentally. A modal analysis of the basic oscillatory systems of the cryostat was carried out, the results of which were verified experimentally. An integrated approach to the design of cryostats with EMC on the basis of which the samples of produced scientific equipment are modified.
Reference Jakovļevs, Oļegs. Analysis of Dynamic Processes in Cryostats with Electromachine Cooling. PhD Thesis. Rīga: [RTU], 2019. 130 p.
Full-text Full-text
Summary in English Summary in English
ID 29402