пузырьковая камера что такое

Пузырьковая камера что такое

Пузырьковая камера – трековый детектор элементарных заряженных частиц, в котором трек (след) частицы образует цепочка пузырьков пара вдоль траектории её движения. Изобретена А. Глэзером в 1952 г. (Нобелевская премия 1960 г.).
Принцип действия пузырьковой камеры напоминает принцип действия камеры Вильсона. В последней используется свойство перенасыщенного пара конденсироваться в мельчайшие капельки вдоль траектории заряженных частиц. В пузырьковой камере используется свойство чистой перегретой жидкости вскипать (образовывать пузырьки пара) вдоль пути пролёта заряженной частицы. Перегретая жидкость – это жидкость, нагретая до температуры большей температуры кипения для данных условий. Вскипание такой жидкости происходит при появлении центров парообразования, например, ионов. Таким образом, если в камере Вильсона заряженная частица инициирует на своём пути превращение пара в жидкость, то в пузырьковой камере, наоборот, заряженная частица вызывает превращение жидкости в пар.

а.

б.

в.

Перегретое состояние достигается быстрым (5-20 мс) уменьшением внешнего давления. На несколько миллисекунд камера становится чувствительной и способна зарегистрировать заряженную частицу. После фотографирования треков давление поднимается до прежней величины, пузырьки “схлопываются” и камера вновь готова к работе. Цикл работы большой пузырьковой камеры 1 с (т. е. значительно меньше, чем у камеры Вильсона), что позволяет использовать её в экспериментах на импульсных ускорителях. Небольшие пузырьковые камеры могут работать в значительно более быстром режиме – 10-100 расширений в секунду. Моменты возникновения фазы чувствительности пузырьковой камеры синхронизуют с моментами попадания в камеру частиц от ускорителя.

Важным преимуществом пузырьковой камеры по сравнению с камерой Вильсона и диффузионной камерой является то, что в качестве рабочей среды в ней используется жидкость (жидкие водород, гелий, неон, ксенон, фреон, пропан и их смеси). Эти жидкости, являясь одновременно мишенью и детектирующей средой, обладают на 2-3 порядка большей плотностью, чем газы, что многократно увеличивает вероятность появления в них событий, достойных изучения, и позволяют целиком “уместить” в своём объёме треки высокоэнергичных частиц.
Пузырьковые камеры могут достигать очень больших размеров (до 40 м 3 ). Их, как и камеры Вильсона, помещают в магнитное поле. Пространственное разрешение пузырьковых камер ≈ 0.1 мм.
Недостатком пузырьковой камеры является то, что её невозможно (в отличие от камеры Вильсона) быстро “включить” по сигналам внешних детекторов, осуществляющих предварительный отбор событий, так как жидкость слишком инерционна и не поддается очень быстрому (за время ≈ 1 мкс) расширению. Поэтому пузырьковые камеры, будучи синхронизованы с работой ускорителя, регистрируют все события, инициируемые в камере пучком частиц. Значительная часть этих событий не представляет интереса.

Источник

Пузырьковая камера

Пузырько́вая ка́мера — прибор для регистрации следов (или треков) быстрых заряженных ионизирующих частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вдоль траектории частицы.

Содержание

История

Пузырьковая камера была изобретена Дональдом Глейзером (США) в 1952 году. За своё открытие Глейзер получил Нобелевскую премию в 1960 году. Луис Уолтер Альварес усовершенствовал пузырьковую камеру Глейзера, использовав в качестве перегретой жидкости водород. А также 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 была известна камера Вильсона.

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 счет 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

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 высоких энергий с ядрами рабочей жидкости или актов распада частиц. В первом случае рабочая жидкость исполняет роли и регистрирующей среды, и среды-мишени.

Характеристики, достоинства и недостатки

Эффективность регистрации пузырьковой камеры 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.

См. также

Литература

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Пузырьковая камера» в других словарях:

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — прибор для регистрации следов (треков) заряж. ч ц высоких энергий, действие к рого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории ч цы. Изобретена Д. Глейзером (США) в 1952 (Нобелевская премия, 1954). Жидкость можно нагреть выше… … Физическая энциклопедия

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, устройство для обнаружения и распознавания ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ. Оно состоит из герметичной камеры, заполненной сжиженным газом, обычно водородом, температура которого поддерживается на уровне несколько ниже точки кипения за… … Научно-технический энциклопедический словарь

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, детектор частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории (трека) частицы. Служит для регистрации актов взаимодействия элементарных частиц высоких энергий с ядрами жидкости или распада… … Современная энциклопедия

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — трековый детектор ядерных излучений, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные пузырьковые камеры,… … Большой Энциклопедический словарь

пузырьковая камера — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN bubble chamber … Справочник технического переводчика

Пузырьковая камера — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, детектор частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории (трека) частицы. Служит для регистрации актов взаимодействия элементарных частиц высоких энергий с ядрами жидкости или распада… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Пузырьковая камера — прибор для регистрации следов (треков) быстрых заряженных частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вдоль траектории частицы. Изобретена Д. Глейзером (США) в 1952. Перегретая жидкость может существовать некоторое … Большая советская энциклопедия

пузырьковая камера — трековый детектор ядерных излучений, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные пузырьковые камеры,… … Энциклопедический словарь

пузырьковая камера — burbulinė kamera statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. bubble chamber vok. Blasenkammer, f rus. пузырьковая камера, f pranc. chambre à bulle, f … Fizikos terminų žodynas

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — трековый детектор ядерных излучений, действие к рого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные П. к., заполненные… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Источник

Пузырьковая камера что такое

© Куцева Н. В. │ Сайт «Элементарные частицы» разработан в рамках ВКР магистра
по направлению подготовки 44.04.01 «Педагогическое образование» профиля «Физическое образование».
ВГПУ – 2018 г.

В камере Вильсона нельзя было наблюдать ядерные реакции с участием релятивистских тяжёлых частиц (например, протонов), так как они практически не тормозятся в газах. Для решения данной проблемы 1952 году американским учёным Д. А. Глейзером было предложено использовать перегретую жидкость. А камера, которую он придумал, получила название пузырьковая.

Для того, чтобы определить тип частицы, её энергию и импульс, пузырьковую камеру так же как и камеру Вильсона помещают во внешнее магнитное поле.

Старая пузырьковая камера Лаборатории им. Э. Ферми

Схема пузырьковой камеры:

Преимущество пузырьковой камеры перед камерой Вильсона обусловлено большей плотностью рабочего вещества. В ней застревают частицы даже больших энергий, поэтому пробеги частиц в основном короткие. Это позволяет наблюдать серию последовательных превращений частицы и вызываемые ею реакции. Главное её преимущество состоит в том, что она позволяет получить точные измерения импульсов быстрых ионизирующих частиц.

Из недостатков одним из самых значимых является её слабая управляемость, которая нужна для отбора нужных актов распада частиц либо их взаимодействия. Устройство невозможно моментально запустить по сигналам внешних детекторов из-за инерционности рабочей жидкости и других физических параметров. Поэтому пузырьковые камеры, будучи синхронизованы с работой ускорителя, регистрируют все события, инициируемые в камере пучком частиц. И, к сожалению, з начительная часть этих событий не представляет интереса. Обработка снимков проходит в два этапа: сначала отбираются снимки с интересующими событиями, а затем проводятся измерения координат точек на следах отобранных событий с помощью микроскопов, полуавтоматических или автоматических измерительных устройств. По специальным программам на компьютерах вычисляются геометрические характеристики треков: углы вылета частиц, длины пробегов, импульсы, ошибки этих величин и т. д.

Фотографии треков заряженных частиц в пузырьковой камере
Для просмотра фотографий кликните по их миниатюрным изображениям

За свое изобретение в 1960 году Д. А. Глейзер получил Нобелевскую премию по физике.

Источник

Пузырьковая камера

Полезное

Смотреть что такое «Пузырьковая камера» в других словарях:

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — прибор для регистрации следов (треков) заряж. ч ц высоких энергий, действие к рого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории ч цы. Изобретена Д. Глейзером (США) в 1952 (Нобелевская премия, 1954). Жидкость можно нагреть выше… … Физическая энциклопедия

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, устройство для обнаружения и распознавания ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ. Оно состоит из герметичной камеры, заполненной сжиженным газом, обычно водородом, температура которого поддерживается на уровне несколько ниже точки кипения за… … Научно-технический энциклопедический словарь

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, детектор частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории (трека) частицы. Служит для регистрации актов взаимодействия элементарных частиц высоких энергий с ядрами жидкости или распада… … Современная энциклопедия

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — трековый детектор ядерных излучений, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные пузырьковые камеры,… … Большой Энциклопедический словарь

пузырьковая камера — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN bubble chamber … Справочник технического переводчика

Пузырьковая камера — ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА, детектор частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вблизи траектории (трека) частицы. Служит для регистрации актов взаимодействия элементарных частиц высоких энергий с ядрами жидкости или распада… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Пузырьковая камера — Первые треки, обнаруженные в пузырьковой камере Пузырьковая камера прибор для регистрации следов (или треков) быстрых заряженных ионизирующих частиц, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости вдоль траектории частицы.… … Википедия

пузырьковая камера — трековый детектор ядерных излучений, действие которого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные пузырьковые камеры,… … Энциклопедический словарь

пузырьковая камера — burbulinė kamera statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. bubble chamber vok. Blasenkammer, f rus. пузырьковая камера, f pranc. chambre à bulle, f … Fizikos terminų žodynas

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА — трековый детектор ядерных излучений, действие к рого основано на вскипании перегретой жидкости (образовании мелких пузырьков пара) вблизи ионов, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. Распространены криогенные П. к., заполненные… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Источник

ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА

— прибор для регистрации следов (треков) заряж. частиц, действие к-рого основано на вскипании перегретой жидкости вдоль траектории частицы.

Историческая справка. Д. А. Глейзер (D. A. Glaser) в 1952 в поисках трекового детектора заряж. частиц, более эффективного, чем применявшиеся в то время ( ядерные фотографические эмульсии, Вильсона камера и диффузионная камера), обратил внимание на работы К. Л. Висмара и др. (1922-24). Диэтиловый эфир (в нормальных условиях кипящий при темп-ре Т= 34,6 °С), нагретый под давлением 20 атм до +130 °С, расширяли до 1 атм. При этом он не кипел часами. После доведения темп-ры до 140 °С он закипал через произвольные промежутки времени. Глейзер установил, что частота закипания соответствует частоте прохождения космич. частиц на уровне моря. Он повторил эксперимент, расположив над и под колбой с эфиром счётчики Гейгера. Вскипание было мгновенным в присутствии радиоакт. источника. Скоростная киносъёмка установила, что закипание начинается вдоль траектории заряж. частицы.

Рис. 1. Схема рабочих циклов пузырьковой камеры: — задержка вспышки света на рост пузырьков;— время между рабочими циклами; — время расширения.

(2)

Характеристики жидкостей, наиболее часто используемых в пузырьковых камерах

Измерения импульсов и определение знака заряда быстрых частиц осуществляются по кривизне траектории в пост. магн. поле Н (рис. 2, 3). Радиус кривизны R определяется соотношением

I и х а в см.

В тяжёлых жидкостях х 0 мало (табл.) и кулоновское рассеяние существенно:

Поэтому ксеноновые П. к. работают без магн. поля (рис. 4). Потери на ионизацию и выбивание электронов уменьшают импульс, в результате след заряж. частицы скручивается в спираль (рис. 2). Импульсы малоэнергичных, останавливающихся частиц определяют по длине пробега (следы протонов на рис. 3), что даёт более высокую точность.

Источник