 |
 |
|
 |
|
|
ПУЗЫРЬКОВАЯ КАМЕРА |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
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 время , после чего она вскипает. Если в интервал времени в камеру попадёт ионизирующая частица, то её траектория будет отмечена цепочкой пузырьков пара и может быть сфотографирована. П. к. можно представить как Вильсона камеру (См. Вильсона камера) «наоборот» (вместо капелек жидкости в пересыщенном паре пузырьки пара в перегретой жидкости). Эта аналогия, однако, чисто внешняя, т.к. механизмы образования капель в камере Вильсона и пузырьков в П. к. различны.
Действие П. к. объясняется образованием на пути частицы центров кипения — зародышевых пузырьков и их ростом до размеров, превышающих критическое значение:
0145680836.tif (1)
Здесь rkp — критический радиус пузырька, — Поверхностное натяжение жидкости, p0 — давление насыщенного пара, ркр — Критическое давление, р — давление пара в перегретой жидкости, V — удельный объём жидкости, V' — пара. Для образования сверхкритического пузырька необходимо выделение энергии ~ (порядка) нескольких сот эв в объёме радиусом ~ 10-6 см за время ~ 10-6 сек. Эта энергия выделяется при торможении электронов, выбиваемых из атомов жидкости регистрируемой частицей (-электронов). Время роста пузырьков до размеров, пригодных для фотографирования (0,1—0,3 мм), для разных П. к. колеблется в пределах от нескольких мсек до десятков мсек.
В качестве рабочей жидкости П. к. наиболее часто применяют жидкие водород и Дейтерий (криогенные П. к.), а также пропан C3H8, различные Фреоны, Хе, смесь Xe с пропаном (тяжеложидкостные П. к.).
Перегрев жидкости в П. к. достигается быстрым понижением давления от начального значения рн > p0 до значения р < p0. Понижение давления осуществляется за время ~ 5—15 мсек перемещением поршня (в жидководородных камерах, рис. 1) либо сбросом внешнего давления из объёма, ограниченного гибкой мембраной (в тяжеложидкостных камерах).
Частицы впускаются в П. к. в момент её максимальной чувствительности. Спустя 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 П. к. снова оказывается готовой к действию. Весь цикл работы П. к. составляет величину менее 1 сек, время чувствительности ~ 10—40 мсек.
П. к. (кроме ксеноновых) размещаются в сильных магнитных полях. Это позволяет определить импульсы заряженных частиц по измерению радиусов кривизны их траекторий:
kc = 300 H/cos . (2)
Здесь — угол между направлением магнитного поля Н и импульсом k частицы, с — скорость света. Искажения следов в П. к. невелики и связаны главным образом с многократным рассеянием частиц. Используя прецизионную измерительную аппаратуру, можно определять пространственное положение следов и их кривизны с большей степенью точности.
Характеристики жидкостей, наиболее часто используемых в пузырьковых камерах
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Жидкости | Рабочие условия | Вероятность | Вероятность |
| |------------------------------------------------------------ | регистрации - | регистрации |
| | давление, | темпера- | плот- | кванта с | нейтрона с |
| | атм | тура, С | ность, | энергией 500 | энергией 1 Гэв |
| | | | г/см3 | Мэв на длине | на длине 50 см |
| | | | | 50 см | |
| | | | | | |
|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Водород | 4,7 | —246 | 0,07 | 0,046 | 0,1 |
| Дейтерий | 5,2 | —240 | 0,13 | 0,055 | 0,185 |
| Гелий | 0,3 | —270 | 0,124 | 0,053 | 0,113 |
| Пропан | 21 | 58 | 0,44 | 0,36 | 0,340 |
| Ксенон | 26 | —19 | 2,2 | 1,00 | 0,950 |
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
П. к., 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 (рис. 2). Эффективность регистрации П. к. различных процессов взаимодействия или распада определяется в основном размерами П. к. Регистрация нейтральных частиц (-квантов, нейтронов) производится по актам их взаимодействия с рабочей жидкостью (см. табл.). Наиболее распространены П. к. с объёмом в несколько сот л, но существуют П. к. гораздо большего размера, например водородная камера «Мирабель» на ускорителе Института физики высоких энергий АН СССР имеет объём 10 м3; водородная камера на ускорителе Национальной ускорительной лаборатории США — объём 25 м3.
Основное преимущество П. к. — изотропная пространственная чувствительность к регистрации частиц и высокая точность измерения их импульсов. Недостаток П. к. — слабая управляемость, необходимая для отбора нужных актов взаимодействия частиц или их распада.
Лит.: Glaser D. A., Some effects of ionizing radiation on the formation of bubbles in liquids, «The Physical Review», 1952, v. 87, № 4; Пузырьковые камеры, М., 1963; Труды Международной конференции по аппаратуре в физике высоких энергий, т. 2, Дубна, 1971.
С. Я. Никитин.
0250356768.tif
Рис. 1. Схема водородной пузырьковой камеры; корпус камеры заполнен жидким водородом (Н2); расширение производится с помощью поршня П; освещение камеры на просвет осуществляется импульсным источником света Л через стеклянные иллюминаторы И и конденсатор К; свет, рассеянный пузырьками, фиксируется с помощью фотографических объективов О1 и О2 на фотопленках Ф1 и Ф2.
0200168700.tif
Рис. 2. Регистрация в жидководородной камере ядерной реакции:
0170699548.tif
.
0182789730.tif
Антипротон 0151399098.tif , рожденный при распаде антилямбдагиперона 0175630538.tif , сталкивается с протоном p и аннигилирует в результате реакции:
0130989192.tif
2 0113733383.tif + 2-
(здесь 0194797911.tif — лямбдагиперон, - и + — пионы).
|
| Современная Энциклопедия |
| 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 частиц. Обычно используется жидкий водород, фреон, Xe и др. Изобретена американским физиком Д.Глейзером в 1952. |
| Научнотехнический Энциклопедический Словарь |
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 счет высокого давления в камере. При понижении давления температура кипения понижается, и заряженная частица, проходящая через перегретую жидкость, оставляет след из крошечных пузырьков газа, которые можно осветить и сфотографировать до того, как давление вновь будет поднято. Если в камере создается магнитное поле, следы частиц изгибаются в соответствии с их зарядами, массой и скоростью, и на этом основании их можно распознать. За изобретение пузырьковой камеры Дональд ГЛЕЗЕР получил в 1960 г. Нобелевскую премию по физике, дальнейшим ее усовершенствованием занимался Луис АЛЬВАРЕС.
Пузырьковая камера. Это цветное изображение показывает ряд следов,оставленных элементарными частицами в пузырьковой камере. Заряженная частица оставляет за собой след из крошечных пузырьков кипящего водорода. Следы изгибаются под воздействием сильного магнитного поля. Сильно закрученные спиральные следы оставлены электронами и позитронами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
