Cámara de burbujas
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 18 de enero de 2022; las comprobaciones requieren 4 ediciones .Una cámara de burbujas es un dispositivo o dispositivo para registrar rastros (o huellas ) de partículas ionizantes de carga rápida, cuyo funcionamiento se basa en la ebullición de un líquido sobrecalentado a lo largo de la trayectoria de la partícula.
Historia
La cámara de burbujas fue inventada por Donald Glaser (EE. UU.) en 1952. Por su invento, Glaser recibió el Premio Nobel de Física en 1960 . Luis Alvarez mejoró la cámara de burbujas de Glaser usando hidrógeno como líquido sobrecalentado . Además, Álvarez fue el primero en usar un programa de computadora para analizar los cientos de miles de fotografías obtenidas durante los estudios usando una cámara de burbujas, lo que permitió analizar datos a una velocidad muy alta.
La cámara de burbujas hizo posible registrar el comportamiento de muchas partículas ionizantes que antes no se podían observar y obtener miles de veces más información sobre ellas. Antes de esto, las cámaras de niebla se utilizaron durante unos 40 años , donde aparecen huellas debido a la condensación de gotas de líquido en vapor sobreenfriado.
Cómo funciona
La cámara está llena de líquido, que está en un estado cercano a la ebullición. Con una fuerte disminución de la presión, el líquido se sobrecalienta. Si una partícula ionizante ingresa a la cámara en este estado, su trayectoria estará marcada por una cadena de burbujas de vapor y se podrá fotografiar. [una]
Fluido de trabajo
Como fluido de trabajo , el hidrógeno líquido y el deuterio se usan con mayor frecuencia ( cámaras de burbujas criogénicas ), así como propano , varios freones , xenón , una mezcla de xenón con propano ( cámaras de burbujas líquidas pesadas ).
Creación de líquido sobrecalentado
El sobrecalentamiento del líquido se logra reduciendo rápidamente la presión a un valor en el que el punto de ebullición del líquido está por debajo de su temperatura actual.
La presión se reduce en ~ 5 a 15 ms moviendo el pistón (en cámaras de hidrógeno líquido) o liberando presión externa de un volumen limitado por una membrana flexible (en cámaras de líquido pesado).
Proceso de medición
Las partículas son admitidas en la cámara en el momento de su máxima sensibilidad. Después de un tiempo, necesario para que las burbujas alcancen un tamaño suficientemente grande, se ilumina la cámara y se fotografían las pistas (fotografía estéreo con 2-4 lentes). Después de fotografiar, la presión sube a su valor anterior, las burbujas desaparecen y la cámara vuelve a estar lista para la acción. El ciclo de operación completo es inferior a 1 s, el tiempo de sensibilidad es de ~ 10-40 ms .
Las cámaras de burbujas (excepto las de xenón) se colocan en fuertes campos magnéticos . Esto hace posible determinar los momentos de partículas cargadas midiendo los radios de curvatura de sus trayectorias.
Aplicación
Las cámaras de burbujas, por regla general, se utilizan para registrar los actos de interacción de partículas de alta energía con los núcleos del fluido de trabajo o los actos de descomposición de partículas. En el primer caso, el fluido de trabajo también desempeña el papel del medio de grabación.
Características, ventajas y desventajas
La eficiencia del registro por una cámara de burbujas de varios procesos de interacción o descomposición está determinada principalmente por su tamaño. El volumen más típico es de cientos de litros, pero existen cámaras mucho más grandes, por ejemplo, la cámara de hidrógeno Mirabel en el acelerador del Instituto de Física de Altas Energías de la Academia Rusa de Ciencias tiene un volumen de 10 m³ ; cámara de hidrógeno en el acelerador del US National Accelerator Laboratory - volumen 25 m³ .
La principal ventaja de una cámara de burbujas es su sensibilidad espacial isotrópica para el registro de partículas y la alta precisión en la medición de sus momentos.
La desventaja de una cámara de burbujas es la débil capacidad de control necesaria para seleccionar los actos necesarios de interacción de partículas o su descomposición, y la ruta de partículas más corta en comparación con una cámara de niebla.
Véase también
Notas
- ↑ Perkins D. Introducción a la física de alta energía. - M., Mir , 1975. - pág. 63-70
Literatura
- Donald A. Glaser. Algunos efectos de la radiación ionizante en la formación de burbujas en líquidos // Revisión física : revista . - 1952. - vol. 87 , núm. 4 . — Pág. 665 . -doi : 10.1103 / PhysRev.87.665 . - .
- Cámaras de burbujas, Moscú, 1963.
- Actas de la Conferencia Internacional sobre Aparatos de Física de Altas Energías, volumen 2, Dubna, 1971.
Enlaces
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