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
rkp - критический радиус пузырька, σ -
Поверхностное натяжение жидкости,
p0 - давление насыщенного пара,
ркр - Критическое давление, р - давление пара в перегретой жидкости,
V - удельный объём жидкости,
V' - пара. Для образования сверхкритического пузырька необходимо выделение энергии Пузырьк
овая к
амера (порядка) нескольких сот
эв в объёме радиусом Пузырьк
овая к
амера 10
-6 см за время Пузырьк
овая к
амера 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 C
3H
8, различные
Фреоны, Хе, смесь Xe с пропаном (тяжеложидкостные П. к.).
Перегрев жидкости в П. к. достигается быстрым понижением давления от начального значения рн > 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
+ 2
π-
(здесь
- лямбдагиперон,
π- и
π+ - пионы).