Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Пузырьковая камера

Пузырьковая камера (далее П) 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 t, после чего она вскипает. Если в интервал времени t в камеру попадет ионизирующая частица, то ее траектория будет отмечена цепочкой пузырьков пара и может быть сфотографирована. П можно представить как Вильсона камеру "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 различны.

  Действие П объясняется образованием на пути частицы центров кипения — зародышевых пузырьков и их ростом до размеров, превышающих критическое значение:

     (1)

  Здесь rkp — критический радиус пузырька, s — поверхностное натяжение жидкости, p0 давление насыщенного пара, ркркритическое давление, р — давление пара в перегретой жидкости, удельный объем жидкости, " — пара. Для образования сверхкритического пузырька необходимо выделение энергии ~ (порядка) нескольких сот эв в объеме радиусом ~ 10-6 см за время ~ 10-6 сек. Эта энергия выделяется при торможении электронов, выбиваемых из жидкости регистрируемой частицей (d-электронов). Время роста пузырьков до размеров, пригодных для фотографирования (0,1—0,3 мм), для разных П колеблется в пределах от нескольких мсек до десятков мсек.

  В качестве рабочей жидкости П наиболее часто применяют жидкие и дейтерий (криогенные П), а также пропан 38, различные фреоны, Хе, смесь с пропаном (тяжеложидкостные П).

  Перегрев жидкости в П 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 объема, ограниченного гибкой мембраной (в тяжеложидкостных камерах).

  Частицы впускаются в П в момент ее максимальной чувствительности. Спустя время, необходимое для достижения пузырьками достаточно больших размеров, камера освещается и следы фотографируются (стереофотосъемка с помощью 2—4 объективов). После фотографирования давление поднимается до прежней величины, пузырьки исчезают, и П снова оказывается готовой к действию. Весь цикл работы П составляет величину менее 1 сек, время чувствительности ~ 10—40 мсек.

  П (кроме размещаются в сильных полях. Это позволяет определить импульсы заряженных частиц по измерению радиусов кривизны r их траекторий:

kc = 300 r/cos j.     (2)

  Здесь j — угол между направлением поля Н и импульсом k частицы, с — скорость света. Искажения следов в П 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 регистрации g-кванта с энергией 500 Мэв на длине 50 см

Вероятность регистрации нейтрона с энергией 1 Гэв на длине 50 см

давление, атм

темпера-
тура, ºС

плот-
ность, г/см3


Дейтерий

Пропан


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, 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 различных процессов взаимодействия или распада определяется в основном размерами П Регистрация нейтральных частиц (g-квантов, нейтронов) производится по актам их взаимодействия с рабочей жидкостью (см. табл.). Наиболее распространены П с объемом в несколько сот л, но существуют П гораздо большего размера, например камера "Мирабель" на ускорителе Института физики высоких энергий АН СССР имеет объем 10 м3; камера на ускорителе Национальной ускорительной лаборатории США — объем 25 м3.

  Основное преимущество П изотропная пространственная чувствительность к регистрации частиц и высокая точность измерения их импульсов. Недостаток П — 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.

Рис. 2. Регистрация в жидководородной камере ядерной реакции:  .  Антипротон , рожденный при распаде антилямбдагиперона , сталкивается с протоном p и аннигилирует в результате реакции:   2 + 2-   (здесь  — лямбдагиперон, - и + — пионы).
Рис. 2. Регистрация в жидководородной камере ядерной реакции: . Антипротон , рожденный при распаде антилямбдагиперона , сталкивается с протоном p и аннигилирует в результате реакции:  2 + 2-   (здесь  — лямбдагиперон, - и + — пионы).



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 08.08.2022 13:42:16