Was (wer) ist Пузырьковая камера - definition

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:

(1)

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 см за 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 р < p₀. 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 , рожденный при распаде антилямбдагиперона , сталкивается с протоном p и аннигилирует в результате реакции:

2 + 2π^-

(здесь - лямбдагиперон, π^- и π⁺ - пионы).