Бульбашкова камера
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Бульбашкова камера

Бульбашкова камера, прилад для реєстрації слідів (треків) швидких заряджених часток, дія якого заснована на скипанні перегрітої рідини уздовж траєкторії частки. Винайдена Д. Глейзером (США) в 1952. Перегріта рідина може існувати деякий час t, після чого вона скипає. Якщо в інтервал часу t в камеру попаде іонізуюча частка, то її траєкторія буде відмічена ланцюжком бульбашок пари і може бути сфотографована. П. до. можна представити як Вільсона камеру «навпаки» (замість крапельок рідини в пересиченій парі бульбашки пари в перегрітій рідині). Ця аналогія, проте, чисто зовнішня, т.к. механізми утворення крапель в камері Вільсона і бульбашок в П. до. різні.

загрузка...

  Дія П. до. пояснюється освітою на дорозі частки центрів кипіння — зародкових бульбашок і їх зростанням до розмірів що перевищують критичне значення:

     (1)

  Тут r kp — критичний радіус бульбашки, s — поверхневе натягнення рідини, p 0 тиск насиченої пари, р кр критичний тиск, р — тиск пари в перегрітій рідині, V — питомий об'єм рідини, V'' — пара. Для утворення надкритичної бульбашки необхідне виділення енергії ~ (порядку) декількох сотів ев в об'ємі радіусом ~ 10 -6 см за час ~ 10 -6 сек. Ця енергія виділяється при гальмуванні електронів, що вибиваються з атомів рідини реєстрованою часткою (d-електронів). Час зростання бульбашок до розмірів придатних для фотографування> (0,1—0,3 мм ), для різних П. до. вагається в межах від декількох мсек до десятків мсек.

  Як робоча рідина П. до. найчастіше застосовують рідкі водень і дейтерій (криогенні П. до.), а також пропан C 3 H 8 , різні фреони, Хе, суміш Xe з пропаном (тяжеложідкостниє П. до.).

  Перегрівши рідини в П. до. досягається швидким пониженням тиску від початкового значення р н > p 0 до значення р < p 0 . Пониження тиску здійснюється за час ~ 5—15 мсек переміщенням поршня (у жідководородних камерах, мал. 1 ) або скиданням зовнішнього тиску з об'єму, обмеженого гнучкою мембраною (у тяжеложідкостних камерах).

  Частки впускаються в П. до. у момент її максимальної чутливості. Через час, необхідний для досягнення бульбашками досить великих розмірів, камера освітлює і сліди фотографуються (стереофотос'емка за допомогою 2—4 об'єктивів). Після фотографування тиск піднімається до колишньої величини, бульбашки зникають, і П. до. знову виявляється готовою до дії. Весь цикл роботи П. до. складає величину менше 1 сік, час чутливості ~ 10—40 мсек.

  П. до. (окрім ксенонових) розміщуються в сильних магнітних полях. Це дозволяє визначити імпульси заряджених часток по виміру радіусів кривизни r їх траєкторій:

kc = 300 H r/cos j .     (2)

  Тут j — кут між напрямом магнітного поля Н і імпульсом до частки, з — швидкість світла. Спотворення слідів в П. до. невеликі і пов'язані головним чином з багатократним розсіянням часток. Використовуючи прецизійну вимірювальну апаратуру, можна визначати просторове положення слідів і їх кривизни з більшою мірою точності.

Характеристики рідин, найчастіше використовуваних в бульбашкових камерах

Рідини

Робочі умови

Вірогідність реєстрації g-кванта з енергією 500 Мев на довжині 50 см

Вірогідність реєстрації нейтрона з енергією 1 Гев на довжині 50 см

тиск, атм

темпера-
туру ºС

плот-
ность, г/см 3

Водень

Дейтерій

Гелій

Пропан

Ксенон

4,7

5,2

0,3

21

26

—246

—240

—270

58

—19

0,07

0,13

0,124

0,44

2,2

0,046

0,055

0,053

0,36

1,00

0,1

0,185

0,113

0,340

0,950

  П. до., як правило, використовуються для реєстрації актів взаємодії часток високих енергій з ядрами робочої рідини або актів розпаду часток. У першому випадку робоча рідина виконує ролі і реєструючого середовища, і середовища-мішені ( мал. 2 ). Ефективність реєстрації П. до. різних процесів взаємодії або розпаду визначається в основному розмірами П. до. Реєстрація нейтральних часток (g-квантів, нейтронів) виробляється по актах їх взаємодії з робочою рідиною (див. таблиці.). Найбільш поширені П. до. з об'ємом в декілька сотів л, але існують П. до. набагато більшого розміру, наприклад воднева камера «Мірабель» на прискорювачі Інституту фізики високих енергій АН(Академія наук) СРСР має об'єм 10 м-коду 3 ; воднева камера на прискорювачі Національної прискорювальної лабораторії США — об'єм 25 м-коду 3 .

  Основне перевага П. до. ізотропна просторова чутливість до реєстрації часток і висока точність виміру їх імпульсів. Недолік П. до. — слабка керованість, необхідна для відбору потрібних актів взаємодії часток або їх розпаду.

  Літ.: Glaser D. A., Some effects of ionizing radiation on the formation of bubbles in liquids, «The Physical Review», 1952, v. 87 № 4; Бульбашкові камери, М., 1963; Праці Міжнародній конференції з апаратури у фізиці високих енергій, т. 2, Дубна, 1971.

  С. Я. Никітін.

Мал. 2. Реєстрація в жідководородной камері ядерної реакції:

.

Антипротон народжений при розпаді антілямбдагиперона, стикається з протоном p і анігілює в результаті реакції:

 2 + 2 -

(тут  — лямбдагиперон, - і + — піони).

Мал. 1. Схема водневої бульбашкової камери; корпус камери заповнений рідким воднем (Н 2 ); розширення виробляється за допомогою поршня П; освітлення камери на просвіт здійснюється імпульсним джерелом світла Л через скляні ілюмінатори І і конденсатор До; світло, розсіяне бульбашками, фіксується за допомогою фотографічних об'єктивів О 1 і О 2 на фотоплівках Ф 1 і Ф 2 .