Пузырьковая камера

Определение "Пузырьковая камера" в Большой Советской Энциклопедии

Водородная пузырьковая камера

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 t, после чего она вскипает. Если в интервал времени t в камеру попадёт ионизирующая частица, то её траектория будет отмечена цепочкой пузырьков пара и может быть сфотографирована. Пузырьковая камера 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 Пузырьковая камера различны.
Действие Пузырьковая камера объясняется образованием на пути частицы центров кипения — зародышевых пузырьков и их ростом до размеров, превышающих критическое значение:
     (1)

Регистрация ядерной реакции

Здесь r_kp — критический радиус пузырька, s — 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 ~ (порядка) нескольких сот эв в объёме радиусом ~ 10^-6 см за время ~ 10^-6 сек. Эта энергия выделяется при торможении электронов, выбиваемых из атомов жидкости регистрируемой частицей (d-электронов). Время роста пузырьков до размеров, пригодных для фотографирования (0,1—0,3 мм), для разных Пузырьковая камера колеблется в пределах от нескольких мсек до десятков мсек.

  В качестве рабочей жидкости Пузырьковая камера наиболее часто применяют жидкие водород и дейтерий (криогенные Пузырьковая камера), а также пропан C₃H₈, различные фреоны, Хе, смесь Xe с пропаном (тяжеложидкостные Пузырьковая камера).

Перегрев жидкости в Пузырьковая камера достигается быстрым понижением давления от начального значения р_н > 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 объёма, ограниченного гибкой мембраной (в тяжеложидкостных камерах).

Частицы впускаются в Пузырьковая камера 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 Пузырьковая камера снова оказывается готовой к действию. Весь цикл работы Пузырьковая камера составляет величину менее 1 сек, время чувствительности ~ 10—40 мсек.

  Пузырьковая камера (кроме ксеноновых) размещаются в сильных магнитных полях. Это позволяет определить импульсы заряженных частиц по измерению радиусов кривизны r их траекторий:
kc = 300 Hr/cos j.     (2)

Здесь j — угол между направлением магнитного поля Н и импульсом k частицы, с — скорость света. Искажения следов в Пузырьковая камера 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
Водород Дейтерий Гелий Пропан Ксенон	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

  Пузырьковая камера, 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 Пузырьковая камера различных процессов взаимодействия или распада определяется в основном размерами Пузырьковая камера Регистрация нейтральных частиц (g-квантов, нейтронов) производится по актам их взаимодействия с рабочей жидкостью (см. табл.). Наиболее распространены Пузырьковая камера с объёмом в несколько сот л, но существуют Пузырьковая камера 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 Пузырьковая камера — изотропная пространственная чувствительность к регистрации частиц и высокая точность измерения их импульсов. Недостаток Пузырьковая камера — 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.