На рис. 1.26 приведена схема ВТСУ для зонной плавки моно­кристаллов кремния.

Параболоидный концентратор 1 диаметром 10 м установлен на несущей ферме 2. Отражающая поверхность выполнена в виде параболоидных фацет 3 с механизмами юстировки 4. Поворотные шторы 8, расположенные по периферии концентратора предназна­чены для частичного регулирования светового потока на концентра­тор для поддержания необходимого теплового режима в зоне плав­ки. Механизм вращения кварцевой трубы 6, в которой находится исходный материал плавки, удерживается трубой 7 с механизмом вращения 5. Неподвижное плоское зеркало 9, установленное на раме 10, направляет световой поток от гелиостата 11 вертикально, парал­лельно главной оптической оси концентратора. Гелиостат 11 для уменьшения размеров выполнен на поворотной платформе с воз­можностью вращения вокруг оси 13. Гелиостат следит за положени­ем Солнца на небосводе и поддерживает постоянным направление светового потока на концентратор. Концентратор собирает солнеч­ное излучение в фокусе F.

Геометрические параметры концентратора: диаметр 10 м, фокусное расстояние 4,329 м, угол на сторону 60°, глубина параболы 1,443 м.

Светопропускание оптической системы. Общее светопро — пускание (r|s) определяется следующим выражением:

ТІХ= Лі Х Т|2 X Лз Х "П4 Х ТІ5 ,

где т|!, т|2, т|з — коэффициенты отражения подвижного гелиостата, неподвижного зеркала и концентратора; г|4 — коэффициент светопо- терь от френелевского отражения для потока, отраженного от кон­центратора при входе в кварцевую трубу; ц5- потери на поглощение в кварцевом стекле трубы.

Коэффициент френелевских потерь определяется с учётом прихода лучей от разных кольцевых зон концентратора под разными углами:

(1.9)

где г|п — френелевское отражение кольцевой зоны п с граничными углами раскрытия U, показанными на рис. 1.27.

і’

где і, /‘і — углы падения и преломления лучей на поверхности кварце­вой трубы.

На рис. 1.27 показаны зоны с граничными углами раскрытия от 20° до 60° с интервалом в 20° и соответствующие им радиусы концентратора. В таблице 1.2 приведены параметры расчёта френе­левского светопропускания.

При больших углах падения лучей на кварцевую трубу (зона с углами 20°) эффективность низка, поэтому эффективная площадь концентратора принята S^= Sk — S2o= 71,2 м2.

Примечания. Коэффициент преломления принят 1,5.

Полная площадь концентратора 78,5 м2.

Потери на поглощение света в кварцевой трубе г|5 подсчиты­ваем по формуле:

т|5 = (r|nor)L, где Т1пог= 0,98 — поглощение кварца на длине 1 см;

L = 0,5 см — толщина кварцевой трубы (ті5 = 0,98°’5 = 0.989). Суммарное светопропускание т|£ составит величину при ко­эффициенте отражения от одного зеркального покрытия т|j= г|2= т|з= = 0,87 (с учётом всех потерь):

Лі=0,873 х 0,989 = 0,65. (1.11)

Поворот световых экранов (рис. 1.26, поз.8), установленных между R5o и Rso, дает возможность регулировать световой поток в пределах 10% от всего приходящего потока.

Зона плавки (Н) определяется из следующих соображений (рис. 1.27): верхняя граница определяется от зоны R20, нижняя — от зоны Rfi0. Высота зоны Н определяется по формуле

^соз2(Л ( cos 60 ^

sin20

где Rbh — внутренний радиус кварцевой трубы.

Размер РІ! от зоны Н до расчётного фокуса F: Hi = Rbh cos 60/ sin 60.