Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
Выбор подвески болванки является другим сложным вопросом, особенно когда достигаются очень высокие значения Qm. Во всех экспериментах первого поколения цилиндрическая болванка подвешивалась с помощью троса (обычно из стали), проходящего в пазу в срединной плоскости болванки. Эта свободная механическая подвеска сильно усложняла (или даже делала невозможным) использование детекторов, которые измеряют смещение концов болванки относительно фиксированной пластины конденсатора или электрического контура. Более того, если болванка охлаждается до температур порядка миллигра-
7. Поиск гравитационных волн
295
Рис. 4.7. Значения Qm1 для кристалла кварца (12 X I X 0,75 дюймов) в зависимости от температуры по данным группы из Университета Регина [93].
дусов, подвеска образует нежелательный теплопровод к болванке.
Эти трудности, по-видимому, устраняются в других типах подвески, рассматриваемых ниже.
На рис. 4.8—4.11 показаны подвески, изучавшиеся в Мэриленде [141], Регине [93] и Токио [ИЗ, 114, 82].
Кольцевая подвеска, разработанная Ричардом (рис. 4.8), состоит из 240-градусной части короткого алюминиевого цилиндра, жестко прикрепленного к инертной массе L на изолирующей прокладке /. Подвеска на опорных призмах (рис. 4.9), также предложенная Ричардом, состоит из двух подставок, помещенных на расстоянии L/4 от центра болванки (длины L), каждая из которых имеет ослабляющий вырез W для облегчения движения болванки. Эти подставки жестко прикреплены к тяжелой инертной массе L, отделяющей болванку от звукоизолирующей прокладки I.
Группа Университета Регина [93] разработала крепление, изготовляемое вместе с болванкой из одного куска алюминия и состоящее из тонкой прокладки толщиной 10/1000 дюйма
296
Э. Амальди, Г. Пищелла
777777777
Рис. 4.8. Болванка с центральной подвеской [141].
777777
Рис. 4.9. Подвеска болванки с помощью опорной призмы [141].
Рис. 4.10. Жесткое крепление, разраббтанное канадской группой [93]
7. Поиск гравитационных волн
237
33
27
15
20
2
S
Рис. 4.11. Диск C жесткой узловой подвеской ДЛИНЫ Я-о/4 токийской группы (размеры в миллиметрах).
вокруг центральной части болванки, заканчивающейся тонким сплошным кольцом (рис. 4.10). Три секции прокладки вырезаны и оставляют свободными три участка сплошного кольца, которое является гибким в направлении, поперечном по отношению к болванке, и жестким в направлении, параллельном ей. Жесткость крепления достигается путем сильного прижатия середины гибких секций кольца держателем. Это устройство, удобное для болванок ограниченной массы, позволяет придавать им любую ориентацию.
Токийская группа [82, ИЗ, 114] разработала для своей квадратной болванки (разд. 4.1.2, рис. 4.3) «подвеску в узловых точках», которая обладает преимуществами в тех случаях, когда узловые точки доступны. Обычно это имеет место для плоских болванок, колеблющихся в своей плоскости. Горизонтальный диск, узловые точки которого совпадают с его центром, удобно
298
Э. Амальди, Г. Пищелла
поддерживать вертикальным жестким стержнем, соединенным с его центром и имеющим длину Яо/4, где K0 = vs/vq — длина волны избранной моды колебаний болванки (рис. 4.11).
На поддерживаемую болванку действует распределенная нагрузка, вызванная гравитационным притяжением Земли, которое обусловливает значительные напряжения и изгибающие моменты, вызывающие растяжение в верхней части плоскости опоры и сжатие — в нижней. Все эти напряжения могут вызвать испускание кратковременных акустических импульсов [67] со скоростью нескольких импульсов в секунду на некоторых дискретных частотах, которые могут совпадать или не совпадать с собственными частотами болванки, в частности с ее основной модой. В дополнение к этому вызванному напряжениями испусканию акустических импульсов присутствуют неупругие низкочастотные моды колебаний, которые сильно зависят от точной микроструктуры, или «текстуры» данного образца, но не зависят от скоростей упругих волн и его макроскопических размеров. Испускание акустических импульсов, обусловленное напряжениями, по-видимому, может быть уменьшено в случае антенн, действующих при очень низких температурах, путем замены сосредоточенной механической подвески распределенной магнитной подвеской. Этот метод, развитый параллельно в Станфорде [28], в Университете шт. Луизиана [19, 23, 77, 78, 116, 139] и Римском университете [6, 42], состоит в том, что болванку обертывают фольгой из жесткого сверхпроводника (Nb — Ті толщиной 0,4—0,2 мм) и помещают под ней группы сверхпроводящих катушек, генерирующих поддерживающее поле. Ho этому методу присущи два неудобства: а) антенна может работать только при низких температурах, б) контакт с ниобиево-титано-вой фольгой может привести к уменьшению Qm- Эти неудобства устраняются путем подвески болванки на тросе внутри последнего контейнера криостата, который в свою очередь поддерживается магнитным полем1), но при этом вновь появляется вызванное напряжениями акустическое излучение.
Недавно стэнфордская группа нашла для своей болванки с M = 4800 кг более простое решение [29], основанное на хорошо изученной конструкции акустических фильтров, более совершенных, но подобных фильтрам, обычно используемым во всех экспериментах для изоляции криостата, содержащего болванку. В стэнфордском устройстве (рис. 4.12) болванка непосредственно подвешивается за четыре угла к четырем таким фильтрам (рис. 4.13). Каждый фильтр состоит из десяти стальных дисков весом 16 кг, разделенных мягкими прокладками из
