Procedimiento de enfriado de los CCD s 15 de Mayo 2008 Lester Fox lfox@astrosen.unam.mx Resumen Se describe el procedimiento para rellenar de nitrógeno líquido las botellas criogénicas de los diferentes CCD s científicos que actualmente operan en el Observatorio Astronómico Nacional, San Pedro Mártir. Introducción Mantener los CCD s científicos a una temperatura óptima de operación durante una temporada de observación es una tarea primordial que involucra tanto al personal de mantenimiento en turno como a los astrónomos visitantes durante sus noches de observación. En la actualidad el nitrógeno líquido es traído desde Ensenada hasta el observatorio en tanques grandes y luego trasvasado a tanques pequeños para ser utilizados en los telescopios. Las notas aquí se espera que sean de utilidad a los astrónomos visitantes. Se recomienda leer antes el Manual de usuario de los telescopios 0.84m y 1.5m. El procedimiento de rellenado de las botellas criogénicas en los telescopios de 1.5m y 0.84m es similar. En el telescopio de 2.1m el enfriado del detector en uso durante la noche de observación lo lleva a cabo el asistente de telescopio en turno. CCD s Científicos Actualmente hay 4 CCD s totalmente operativos en el OAN-SPM. Sus características se pueden encontrar en la página web del observatorio a través de la siguiente liga: http://haro.astrossp.unam.mx/instruments/ccds/introccds.htm. Además hay caracterizaciones de los mismos que se han llevado a cabo anualmente. En la siguiente tabla se listan para cada CCD de arriba a abajo: los píxeles, la temperatura de operación del CCD, la posición de rellenado del telescopio, el tiempo de operación del CCD frío y el lugar donde se lee la temperatura. CCD SITE1 SITE3 THOMSON MARCONI PIXELES 1024x1024 1024x1024 2048x2048 2048x2048 T. OP. (ºC) -98-98 -96-120 POS. RELL. PONER LONA PONER LONA PONER LONA CENIT TIEMPO (h) 8 8 8 24 LEC. TEMP. CONTROLADOR CONTROLADOR CONTROLADOR Interfaz gráfica
Como se indica en la tabla la temperatura del SITE1, SITE3 y THOMSON se leen en el controlador ubicado en la base del telescopio en la cúpula (ver Figura 1 izquierda). En el caso del MARCONI ésta se lee directamente en la interfaz de usuario CCD s OAN (ver Figura 1 derecha). La experiencia actual dice que un buen rellenado permitirá una temperatura estable de unas 8 horas para los CCD s SITE1, SITE3 y THOMSON; y de 24 horas en el caso del MARCONI. FIGURA1: Izquierda: el controlador donde se lee la temperatura del SITE1, SITE3 y THOMSON. Derecha: la interfaz de usuario CCD s OAN donde se lee la temperatura del MARCONI. TELESCOPIOS DE 0.84m y 1.5m En el caso de estar usando el SITE1, SITE3 o THOMSON el astrónomo visitante durante una noche típica de observación debería rellenar antes de comenzar a tomar los campos planos de atardecer, luego a mitad de la noche y finalmente al terminar las observaciones al amanecer. Durante el día el proceso de rellanado lo realiza el equipo de mantenimiento en turno a medio día generalmente. En caso de que no se observe toda la noche (debido a malas condiciones meteorológicas u otras causas) habrá que dejar una nota al personal de mantenimiento en turno para que rellenen mas temprano de lo habitual durante el día. En el caso estar usando el CCD MARCONI el astrónomo visitante no rellenará ya que este CCD solo se rellena una vez cada 24 horas, y esta tarea es llevada a cabo por el equipo de mantenimiento en turno a medio día generalmente. El nitrógeno líquido se abastece a los telescopios de 0.84m y 1.5m en tanques de 45 litros. (ver Figura 2 izquierda). En la cúpula de cada telescopio además hay un compresor (ver Figura 2 derecha) que permite aumentar la presión de salida del nitrógeno líquido del tanque. Cada tanque tiene dos llaves: una para controlar la salida del nitrógeno líquido a través de la manguera y otra para regular la entrada de aire desde el compresor. Generalmente la presión en el tanque es suficiente para rellenar con lo cual no habrá necesidad de usar el compresor.
Figura 2: Izquierda: tanque de 45 litros con nitrógeno líquido. Derecha: compresor. PASOS BASICOS PARA EL RELLENADO: El SITE1, SITE3 y THOMSON se rellenan con el telescopio en la posición PONER LONA. Es importante rellenar en esta posición, ya que de lo contrario no le entrará nada de nitrógeno a la botella, y posiblemente el CCD se calentará rápidamente. El MARCONI se rellena con el telescopio en la posición CENIT. Leer la temperatura del CCD y anotar en la bitácora disponible en la mesa de la cúpula: la fecha, la hora y la temperatura antes del rellenado. Poner el telescopio en la posición de rellenado según el CCD que este usando. Acercar el tanque que contiene nitrógeno líquido al telescopio, de forma que la manguera llegue hasta la entrada de nitrógeno de la botella criogénica. Antes de conectar la manguera: 1) dejar salir nitrógeno hasta que salga nitrógeno líquido para enfriar la manguera, de forma que la botella no se caliente al inicio del proceso de enfriado. 2) Acercar la manguera a la rosca de entrada de la botella y soplar nitrógeno con el objetivo de quitar cualquier residuo de vapor o humedad. Así, generalmente la manguera no quedara congelada al terminar de rellanar la botella y se evitará la formación de hielo entre la tuerca y la rosca que complica quitar la manguera. Conectar la manguera a la botella. Para los CCD s SITE1, SITE3 y THOMSON la rosca donde se conecta la manguera esta a un costado de la botella (ver Figura 4 izquierda). En el caso del MARCONI esta debajo de la botella (ver Figura 4 derecha). Hay una llave amarrada al tanque con una cadena, con la cual se puede ajustar la tuerca que conecta la manguera a la rosca de entrada de nitrógeno. No ajustar demasiado la tuerca para que sea más fácil quitarla al final del rellenado, sobre todo en invierno. En el telescopio de 1.5m hay una pistola con una resis-
tencia que emite calor para descongelar la tuerca en caso necesario. Abra la llave que regula la salida de nitrógeno. Para esto hay que girar la llave que regula la entrada de nitrógeno unos 15 más o menos hasta que el nitrógeno gaseoso que sale a través del tubo de escape de la botella sea constante. Es importante que el nitrógeno entre gradualmente a la botella, ya que de lo contrario más bien extraerá el nitrógeno de la misma. Una vez que se comience a expulsar nitrógeno líquido por el tubo de escape es señal que la botella esta llena. Deje que escape un poco. Es conveniente cerrar la llave de paso y volverla abrir después de un par de minutos, y esperar a que se expulse nitrógeno líquido nuevamente. Con el MARCONI hay que esperar que el chorro sea constante, cerrar y abrir la llave varias veces. Desconecte la manguera. El proceso de rellenado puede durar de 15 a 20 minutos, dependiendo de la presión del tanque de nitrógeno y de que tan vacía este la botella. En el caso del MARCONI el tiempo de rellenado puede ser mayor. En caso de que la presión del tanque sea muy poca, conecte la manguera del compresor a la entrada de la parte superior del tanque. Ponga en marcha el compresor y abra ligeramente la llave de entrada de aire en el tanque mientras mantiene cerrada la llave salida del nitrógeno. Cuando la presión del tanque llegue a 5 libras proceda a rellenar la botella criogénica (Ver Figura 3). Figura 3: Compresor conectado al tanque. La Figura 4 muestra ejemplos de los tanques de 45 litros conectados a las botellas criogénicas en el caso del SITE1 (izquierda) y MARCONI (derecha) en el telescopio de 0.84m.
Figura 4: Ilustración de cómo queda la manguera del tanque de nitrógeno líquido conectado a la botella del SITE1 (derecha) y MARCONI (izquierda). SINTOMAS DE PÉRDIDA DE VACIO Es posible que la botella criogénica haya perdido vacío si: Se forma escarcha en la parte externa de la botella durante el rellenado (ver Figura 5). Hay condensación por fuera de la botella. Figura 5: Ejemplo de la botella del CCD SITE1 que después de haberla rellenado presenta escarcha debido a la perdida de vacío. Habiendo rellenado correctamente, la temperatura del CCD aumenta drásticamente mucho antes de las 8 horas en el caso del SITE1, SITE3 y THOMSON; y 24 horas en el caso del MARCONI.
Recomendaciones finales Use los guantes que están disponibles en la cúpula. Verifique de vez en cuando la temperatura del CCD. En la Figura 6 se muestra un ejemplo de una imagen tomada con el CCD caliente. Verifique de vez en cuando la cantidad de nitrógeno líquido en el tanque. Si el tanque esta vacío comunique al personal de mantenimiento que lo rellenen. Algunos tanques tienen medidores que permiten leer la presión. Si no habría que revisarlo a mano. Figura 6: Ejemplo de una imagen tomada con el CCD SITE a una temperatura de - -65 grados. CASO DEL BOLITAS: En el caso del espectrógrafo B&Ch (Bolitas) en el telescopio 0.84 la posición de rellenado es FIJO_DEC 00:00:00 (de forma que la botella quede en posición horizontal) en vez de PONER LONA. Agradecimientos: Agradezco los comentarios y sugerencias de Michael Richer, Gustavo Melgoza. Agradezco a Ilse Plauchu por haberme cedido la imagen de la Figura 6.