«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 время τ, после чего она вскипает. Если в интервал времени τ 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:

Здесь r_kp — критический радиус пузырька, σ — Поверхностное натяжение жидкости, p₀— давление насыщенного пара, р_кр—Критическое давление, р — давление пара в перегретой жидкости, V —удельный объём жидкости, V' — пара. Для образования сверхкритического пузырька необходимо выделение энергии Пузырьковая камера (порядка) нескольких сот эв в объёме радиусом Пузырьковая камера 10^-6 смза время Пузырьковая камера 10^-6 сек. Эта энергия выделяется при торможении электронов, выбиваемых из атомов жидкости регистрируемой частицей (δ-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 р_н >p₀ до значения рp₀. Понижение давления осуществляется за время Пузырьковая камера 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 Пузырьковая камера 10—40 мсек.

П. к. (кроме ксеноновых) размещаются в сильных магнитных полях. Это позволяет определить импульсы заряженных частиц по измерению радиусов кривизны ρ их траекторий:

kc=300 Hρ/cos φ. (2)

Здесь φ — 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 γ-  | регистрации      |

|       | давление,     | темпера-      | плот-       | кванта с     | нейтрона с        |

|       | атм       | тура, ºС | 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 (γ-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.

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.

Рис. 2. Регистрация в жидководородной камере ядерной реакции:

.

Антипротон

2π^-

(здесь π^- и π⁺ — пионы).

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, заполненные жидким водородом и дейтерием. Следы частиц в пузырьковых камерах фотографируются. Изобретена Д. Глейзером (1952).

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.

bubble cell, bubble chamber

bubble cell, bubble chamber

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 точки кипения, но такая перегретая жидкость нестабильна и через нек-рое время т вскипает.

Прохождение заряженной частицы через перегретую жидкость (T>Tк

Рис. Вз-ствие К--мезона в жидководородной пузырьковой камере с протонами, в результате к-рого рождаются ч-цы S+, К+, p+,p-, К0, распадающиеся на p+- и p--мезоны.

П. к. обычно используются для регистрации актов вз-ствия ч-ц высоких энергий с ядрами жидкости или актов распада ч-ц (рис.). В первом случае рабочая жидкость исполняет роль мишени и регистрирующей среды. Наиболее часто рабочей жидкостью служат жидкий водород, дейтерий, смеси Ne с водородом (к р и о г е н н ы е к а м е р ы), а также пропан (C3H8), фреон и Хе обычно в смеси с пропаном (т я ж е л о ж и д к о с т н ы е к а м е р ы).

Перегрев жидкости осуществляется быстрым понижением давления от нач. значения рн>р0 до значения р<р0 (p0—равновесное давление при темп-ре Т). Понижение давления достигается либо перемещением поршня в жидко-водородных камерах, либо сбросом давления из объёма, ограниченного гибкой мембраной (в пропановых и фреоновых камерах). В момент времени t0 (pн>p0) давление в камере сбрасывается за 5—15 мс и жидкость оказывается перегретой, т. е. чувствительной к излучению. Ч-цы впускаются в П. к. в момент макс. чувствительности. Через нек-рое время после достижения пузырьками достаточных размеров производится фотографирование (стереофотосъёмка с помощью неск. объективов).

Для измерения импульсов заряж. ч-ц П. к. помещают в сильное магн. поле. Импульс р ч-цы определяется по радиусу кривизны r траектории в магн. поле Н: pc=300Hp/cos j (j — угол между направлением Н и импульсом р ч-цы, с — скорость света в вакууме). Искажения следов в П. к. невелики и определяются гл. обр. многократным рассеянием ч-ц.

Эффективность регистрации П. к. разл. процессов определяется в осн. её размерами. Наиболее распространены П. к. объёмом 1—2 м. Однако на ускорителях сверхвысоких энергий используются камеры очень большого размера. Водородная) камера «Мирабель» на ускорителе Института физики высоких энергий АН СССР имеет объём 10 м3, а водородная камера на ускорителе Национальной ускорительной лаборатории США— 30 м3. Регистрация нейтральных ч-ц производится по актам их вз-ствия с ядрами жидкости или по распадам на заряж. ч-цы.

С помощью П. к. были открыты и исследованы мн. элем. ч-цы. Гл. недостаток П. к.— отсутствие «управляемости», т. е. невозможность в процессе работы отбирать нужные события, что при исследовании редких событий приводит к необходимости просматривать большое кол-во фотографий.

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.

пузырько́вая ка́мера

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, заполненные жидким водородом и дейтерием. Следы частиц в пузырьковой камере фотографируются. Изобретена Д. Глейзером (1952).

* * *

ПУЗЫРЬКО́ВАЯ КА́МЕРА, 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, заполненные жидким водородом и дейтерием. Следы частиц в пузырьковых камерах фотографируются. Изобретена Д. Глейзером (1952).

bubble cell, bubble chamber

* * *

bubble chamber

яд. физ. camera a bolle

пухирце́ва ка́мера

пухирце́ва ка́мера

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 жидким водородом и дейтерием. Следы частиц в П. к. фотографируются. Изобретена Д. Глазером (1952).