專利名稱：一種高吸收率輻射吸收腔的制作方法
技術領域：
本發明涉及光輻射測量領域，具體涉及一種高吸收率輻射吸收腔。
技術背景
目前，吸收腔的形狀有圓柱形、正圓錐形以及組合形狀等多種吸收腔型。與本發明最接近的是英國國家物理實驗室(NPL)在地面低溫絕對輻射計中使用的吸收腔，其結構如圖1所示，主要由圓柱形側面1、傾角為β的斜底面2和腔入射口徑3組成，Prokhorov曾對這種腔體結構進行了細致深入地研究，當腔入射口徑3—定時，增加圓柱形側面1的長度可以獲得接近1 (0. 99999)的吸收率。
在太空中建立低溫絕對輻射計，目的是將當前空間光輻射計量的絕對精度提高一個量級。如果將地面使用的帶斜底面圓柱形腔用于空間環境會遇到如下困難腔在使用一段時間后由于受太空中宇宙射線、太空粒子的影響，輻射吸收腔內涂黑材料的吸收率衰減嚴重，腔的吸收率會因內壁涂黑材料吸收率的衰減而發生明顯變化，給測量結果引入較大誤差。
如何改進吸收腔型，以盡量彌補由涂黑材料吸收率衰減引入的誤差，最終在太空中得到性能穩定，吸收率接近1的輻射吸收腔是目前需要解決的問題。發明內容
本發明為解決現有吸收腔在空間環境中使用時吸收率衰減嚴重，吸收率低的問題，提供一種高吸收率輻射吸收腔。
一種高吸收率輻射吸收腔，包括腔入射口徑、正圓錐面和與圓錐母線夾角為β的斜底面，腔入射口徑位于圓錐體的細端，并且入射口徑所在平面與圓錐體的軸線垂直；吸收腔的腔內壁涂有純鏡面反射的黑涂層，所述β的角度值為30°。
本發明的有益效果本發明所述吸收腔型，當一束光沿本發明所述的路徑入射至腔壁時，圓錐面可以有效地增加表面反射次數或者將射向出口的光線再次反射回腔內部， 有利于得到更高的吸收率，同時減小了光沿腔軸線入射時直接回射的能量損失。本發明的穩定的輻射吸收腔能夠在空間的特殊環境下獲得高吸收率(接近1)。
圖1為現有的輻射吸收腔的結構示意圖2為本發明所述的一種高吸收率輻射吸收腔的結構示意圖3為現有的吸收腔與本發明所述的吸收腔工作原理對比圖。
圖中1、圓柱形側面，2、傾角為β的斜底面，3、腔入射口徑，4、正圓錐面，5、與圓錐母線夾角為β的斜底面，6、圓錐體，7、純鏡面反射黑涂層。
具體實施方式
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結合圖1和圖2說明本實施方式，一種高吸收率輻射吸收腔，包括正圓錐面4，與圓錐母線夾角為β的斜底面5;腔入射口徑3所在平面與圓錐體6 (圓錐頂角為α)的軸線垂直；整個腔體材料采用在低溫下熱學性質良好的OFHC銅，內壁采用純鏡面反射的黑涂層 7，所述β的角度值為30°。
本實施方式所述的吸收腔的腔體材料選擇低溫下性能良好的OFHC銅，內壁涂純鏡面反射黑。具體的加工過程為
一、制作圓錐側面首先采用化學電鍍工藝制作頂角為α的正圓錐形腔，在正圓錐的細端切割，得到腔入射口徑3，并保證切割面與圓錐的軸垂直；在另一端切割得到一個傾斜面(斜底面)，該傾斜面與圓錐母線的夾角為β ；最后在內壁上噴涂純鏡面反射的黑涂層7 ；對于所述的斜底面，通過MAT LAB畫出斜底面5的形狀并計算出面積，根據計算結果制作合適的斜底面，并噴涂純鏡面反射的黑涂層7。
二、經過粘合與上述切割過的圓錐面合為一體，組成吸收腔的結構。
結合圖3對本實施方式作進一步說明，采用Monte-Carlo方法對帶斜底面的圓柱腔和圓錐腔進行鏡面反射次數的模擬計算，在計算前假設兩種腔具有相同口徑R = 1、相同長度H = 8以及相同的斜底面傾角β =30°。入射光線沿ζ軸方向入射到吸收腔，在腔內經過N次鏡面反射后射出。從計算結果得出帶斜底面圓柱形腔的平均垂直鏡面反射次數基本在5-10次的范圍內，而對于帶斜底面圓錐形腔，平均垂直鏡面反射次數基本在10次以上。如果腔內壁涂黑材料本身的吸收率為0. 9，兩者提供的垂直有效吸收率均在0. 99999 以上；當腔內壁涂黑吸收率為0.8時，前者的垂直有效吸收率在0. 99968-0. 99999范圍內， 后者基本保持在0. 99999 ；當內壁涂黑吸收率為0. 7時，前者的最小垂直有效吸收率已經減小到0. 99757，而后者仍然是0. 99999。由此可以看出，本發明的帶斜底面圓錐形腔，在太空中使用時，既使腔內壁涂黑的吸收率發生衰減，也不會對腔的吸收率產生明顯影響。當光束沿如圖3中a部分所述的路徑射向腔壁時，在圓柱側面上經過幾次鏡面反射后必然會射出腔體，但光束經b部分所述的路徑時可以有效地增加表面反射次數或者將射向出口的光線再次反射回腔內部，有利于得到更高的吸收率。
權利要求
1.一種高吸收率輻射吸收腔，其特征是，該吸收腔包括腔入射口徑(3)、正圓錐面和與圓錐母線夾角為β的斜底面(5)，腔入射口徑(3)位于圓錐體(6)的細端，并且入射口徑(3)所在平面與圓錐體(6)的軸線垂直；吸收腔內壁涂有純鏡面反射的黑涂層(7)，所述 β的角度值為30°。
2.根據權利要求1所述的一種高吸收率輻射吸收腔，其特征在于，所述吸收腔的腔體材料為(FHC銅。
全文摘要
一種高吸收率輻射吸收腔，涉及光輻射測量領域，具體涉及一種高吸收率輻射吸收腔，它解決現有吸收腔在空間環境中使用時吸收率衰減嚴重、吸收率低的問題，包括腔入射口徑、正圓錐面和與圓錐母線夾角為β的斜底面，腔入射口徑位于圓錐體的細端，并且入射口徑所在平面與圓錐體的軸線垂直；吸收腔的腔內壁涂有純鏡面反射的黑涂層，所述β為30°。本發明不僅適用于地面低溫輻射計，還在太空的特殊環境中擁有更大的應有價值。能獲得穩定、高吸收率(接近1)的輻射吸收腔。
文檔編號G01J1/04GK102538958SQ201110439109
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年12月23日
發明者方偉, 方茜茜, 楊東軍, 王玉鵬 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所