Interruptor térmico criogénico a gás de troca com hiato obtido por dilatação diferencial

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Física

Os interruptores térmicos são dispositivos muito utilizados na área de criogenia, normalmente em sistemas onde se pretende permutar entre uma situação de bom contacto térmico e outra de bom isolamento térmico. A tecnologia dos interruptores térmicos tem evoluído rapidamente devido às diversas aplicações espaciais existentes pois nestas é necessário alcançar um controlo de temperatura eficiente. O interruptor térmico a hiato gasoso é dos interruptores mais versáteis e simples entre os usados na área. A sua comutação entre o seu estado ligado (ON) e o seu estado desligado(OFF) é obtida pelo controlo de pressão de gás num espaço (designado por hiato) que separa dois blocos, bons condutores térmicos, que constituem o interruptor. Estes dois blocos são envolvidos por um tubo de um material mau condutor térmico que suporta os blocos e que garante a estanquidade do sistema. Ambos os estados (ON e OFF) são caracterizados pela condutância térmica efectiva do interruptor e a gestão do gás no hiato foi executada por uma criobomba acoplada ao bloco frio do interruptor. Neste projecto desenvolveu-se um interruptor térmico a hiato gasoso onde o hiato foi obtido através da dilatação térmica diferencial dos diferentes materiais usados na construção do interruptor. Este método serviu para produzir um hiato variável com a temperatura e de pequenas dimensões Foram depositados (por electrólise) filmes finos de ouro (de espessura ) para minimizar as trocas térmicas (por radiação) entre o interruptor e a sua vizinhança. Para quantificar a energia transferida por radiação, efectuou-se um estudo sobre a emissividade dos materiais. O interruptor projectado e construído foi testado numa gama de temperaturas compreendida entre 10 K e 300 K. Os resultados obtidos foram de uma condutância ON de 140 mW/K e de OFF 3,8 mW/K, para uma temperatura média de funcionamento de 70 K. Estes resultados foram concordantes com os previstos.