Пузырьковая камера
Пузырько́вая ка́мера — это устройство или прибор для регистрации следов (или треков) быстрых заряженных ионизирующих частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вдоль траектории частицы.
История
Пузырьковая камера была изобретена Дональдом Глазером (США) в 1952 году. За своё изобретение Глазер получил Нобелевскую премию по физике в 1960 году. Луис Альварес усовершенствовал пузырьковую камеру Глазера, использовав в качестве перегретой жидкости водород. Кроме того, для анализа сотен тысяч фотографий, получаемых при исследованиях с помощью пузырьковой камеры, Альварес впервые применил компьютерную программу, позволявшую анализировать данные с очень большой скоростью.
Пузырьковая камера позволила зафиксировать поведение многих ионизирующих частиц, не поддававшихся ранее наблюдению, и получить о них в тысячи раз большую информацию. До этого около 40 лет использовалась камера Вильсона, где треки проявляются благодаря конденсации капель жидкости в переохлаждённом паре.
Принцип работы
Камера заполнена жидкостью, которая находится в состоянии, близком к вскипанию. При резком уменьшении давления жидкость становится перегретой. Если в данном состоянии в камеру попадёт ионизирующая частица, то её траектория будет отмечена цепочкой пузырьков пара и может быть сфотографирована.
Рабочая жидкость
В качестве рабочей жидкости наиболее часто применяют жидкие водород и дейтерий (криогенные пузырьковые камеры), а также пропан, различные фреоны, ксенон, смесь ксенона с пропаном (тяжеложидкостные пузырьковые камеры).
Создание перегретой жидкости
Перегрев жидкости достигается за счёт быстрого понижения давления до значения, при котором температура кипения жидкости оказывается ниже её текущей температуры.
Понижение давления осуществляется за время ~ 5 — 15 мс перемещением поршня (в жидководородных камерах) либо сбросом внешнего давления из объёма, ограниченного гибкой мембраной (в тяжеложидкостных камерах).
Процесс измерения
Частицы впускаются в камеру в момент её максимальной чувствительности. Спустя некоторое время, необходимое для достижения пузырьками достаточно больших размеров, камера освещается и следы фотографируются (стереофотосъёмка с помощью 2—4 объективов). После фотографирования давление поднимается до прежней величины, пузырьки исчезают, и камера снова оказывается готовой к действию. Весь цикл работы составляет величину менее 1 с, время чувствительности ~ 10—40 мс.
Пузырьковые камеры (кроме ксеноновых) размещаются в сильных магнитных полях. Это позволяет определить импульсы заряженных частиц по измерению радиусов кривизны их траекторий.
Применение
Пузырьковые камеры, как правило, используются для регистрации актов взаимодействия частиц высокой энергии с ядрами рабочей жидкости или актов распада частиц. В первом случае рабочая жидкость исполняет роли и регистрирующей среды.
Характеристики, достоинства и недостатки
Эффективность регистрации пузырьковой камерой различных процессов взаимодействия или распада определяется в основном её размерами. Наиболее типичный объём — сотни литров, но существуют камеры гораздо большего размера, например, водородная камера «Мирабель» на ускорителе Института физики высоких энергий РАН имеет объём 10 м³; водородная камера на ускорителе Национальной ускорительной лаборатории США — объём 25 м³.
Основное преимущество пузырьковой камеры — изотропная пространственная чувствительность к регистрации частиц и высокая точность измерения их импульсов.
Недостаток пузырьковой камеры — слабая управляемость, необходимая для отбора нужных актов взаимодействия частиц или их распада, и меньшая длина пробега частиц по сравнению с камерой Вильсона.
См. также
- Камера Вильсона
- Искровая камера
- Метод толстослойных фотоэмульсий
Примечания
- Перкинс Д. Введение в физику высоких энергий. - М., Мир, 1975. - с. 63-70
Литература
- Donald A. Glaser. Some Effects of Ionizing Radiation on the Formation of Bubbles in Liquids (англ.) // Physical Review : journal. — 1952. — Vol. 87, no. 4. — P. 665. — doi:10.1103/PhysRev.87.665. — .
- Пузырьковые камеры, М., 1963.
- Труды Международной конференции по аппаратуре в физике высоких энергий, т. 2, Дубна, 1971.
Ссылки
- Фотография на память: Пузырьковая камера
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Пузырьковая камера, Что такое Пузырьковая камера? Что означает Пузырьковая камера?
Puzyrko vaya ka mera eto ustrojstvo ili pribor dlya registracii sledov ili trekov bystryh zaryazhennyh ioniziruyushih chastic dejstvie kotorogo osnovano na vskipanii peregretoj zhidkosti vdol traektorii chasticy Pervye treki nablyudavshiesya v puzyrkovoj kamereIstoriyaPuzyrkovaya kamera byla izobretena Donaldom Glazerom SShA v 1952 godu Za svoyo izobretenie Glazer poluchil Nobelevskuyu premiyu po fizike v 1960 godu Luis Alvares usovershenstvoval puzyrkovuyu kameru Glazera ispolzovav v kachestve peregretoj zhidkosti vodorod Krome togo dlya analiza soten tysyach fotografij poluchaemyh pri issledovaniyah s pomoshyu puzyrkovoj kamery Alvares vpervye primenil kompyuternuyu programmu pozvolyavshuyu analizirovat dannye s ochen bolshoj skorostyu Puzyrkovaya kamera pozvolila zafiksirovat povedenie mnogih ioniziruyushih chastic ne poddavavshihsya ranee nablyudeniyu i poluchit o nih v tysyachi raz bolshuyu informaciyu Do etogo okolo 40 let ispolzovalas kamera Vilsona gde treki proyavlyayutsya blagodarya kondensacii kapel zhidkosti v pereohlazhdyonnom pare Princip rabotyKamera zapolnena zhidkostyu kotoraya nahoditsya v sostoyanii blizkom k vskipaniyu Pri rezkom umenshenii davleniya zhidkost stanovitsya peregretoj Esli v dannom sostoyanii v kameru popadyot ioniziruyushaya chastica to eyo traektoriya budet otmechena cepochkoj puzyrkov para i mozhet byt sfotografirovana Rabochaya zhidkost V kachestve rabochej zhidkosti naibolee chasto primenyayut zhidkie vodorod i dejterij kriogennye puzyrkovye kamery a takzhe propan razlichnye freony ksenon smes ksenona s propanom tyazhelozhidkostnye puzyrkovye kamery Sozdanie peregretoj zhidkosti Peregrev zhidkosti dostigaetsya za schyot bystrogo ponizheniya davleniya do znacheniya pri kotorom temperatura kipeniya zhidkosti okazyvaetsya nizhe eyo tekushej temperatury Ponizhenie davleniya osushestvlyaetsya za vremya 5 15 ms peremesheniem porshnya v zhidkovodorodnyh kamerah libo sbrosom vneshnego davleniya iz obyoma ogranichennogo gibkoj membranoj v tyazhelozhidkostnyh kamerah Process izmereniya Chasticy vpuskayutsya v kameru v moment eyo maksimalnoj chuvstvitelnosti Spustya nekotoroe vremya neobhodimoe dlya dostizheniya puzyrkami dostatochno bolshih razmerov kamera osveshaetsya i sledy fotografiruyutsya stereofotosyomka s pomoshyu 2 4 obektivov Posle fotografirovaniya davlenie podnimaetsya do prezhnej velichiny puzyrki ischezayut i kamera snova okazyvaetsya gotovoj k dejstviyu Ves cikl raboty sostavlyaet velichinu menee 1 s vremya chuvstvitelnosti 10 40 ms Puzyrkovye kamery krome ksenonovyh razmeshayutsya v silnyh magnitnyh polyah Eto pozvolyaet opredelit impulsy zaryazhennyh chastic po izmereniyu radiusov krivizny ih traektorij PrimeneniePuzyrkovye kamery kak pravilo ispolzuyutsya dlya registracii aktov vzaimodejstviya chastic vysokoj energii s yadrami rabochej zhidkosti ili aktov raspada chastic V pervom sluchae rabochaya zhidkost ispolnyaet roli i registriruyushej sredy Harakteristiki dostoinstva i nedostatkiStaraya puzyrkovaya kamera Laboratorii im Enriko Fermi Effektivnost registracii puzyrkovoj kameroj razlichnyh processov vzaimodejstviya ili raspada opredelyaetsya v osnovnom eyo razmerami Naibolee tipichnyj obyom sotni litrov no sushestvuyut kamery gorazdo bolshego razmera naprimer vodorodnaya kamera Mirabel na uskoritele Instituta fiziki vysokih energij RAN imeet obyom 10 m vodorodnaya kamera na uskoritele Nacionalnoj uskoritelnoj laboratorii SShA obyom 25 m Osnovnoe preimushestvo puzyrkovoj kamery izotropnaya prostranstvennaya chuvstvitelnost k registracii chastic i vysokaya tochnost izmereniya ih impulsov Nedostatok puzyrkovoj kamery slabaya upravlyaemost neobhodimaya dlya otbora nuzhnyh aktov vzaimodejstviya chastic ili ih raspada i menshaya dlina probega chastic po sravneniyu s kameroj Vilsona Sm takzheKamera Vilsona Iskrovaya kamera Metod tolstoslojnyh fotoemulsijPrimechaniyaPerkins D Vvedenie v fiziku vysokih energij M Mir 1975 s 63 70LiteraturaDonald A Glaser Some Effects of Ionizing Radiation on the Formation of Bubbles in Liquids angl Physical Review journal 1952 Vol 87 no 4 P 665 doi 10 1103 PhysRev 87 665 Bibcode 1952PhRv 87 665G Puzyrkovye kamery M 1963 Trudy Mezhdunarodnoj konferencii po apparature v fizike vysokih energij t 2 Dubna 1971 SsylkiFotografiya na pamyat Puzyrkovaya kamera
