气泡室（美国唐纳德·格拉泽发明的仪器）
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更新时间：2023-05-16
气泡室
美国唐纳德·格拉泽发明的仪器
基本信息
| 中文名 | 气泡室 |
| 外文名 | Bubble Chamber |
| 组成 | 由一密闭容器组成 |
| 贡献 | Σ0，Ξ0，Σ+，Ω |
| 方式 | 绝热膨胀 |
| 状态 | 处于过热状态 |
收起
简介
气泡室是由一密闭容器组成，容器中盛有工作液体，液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀，由于在一定的时间间隔内（例如50ms）处于过热状态，液体不会马上沸腾，这时如果有高速带电粒子通过液体，在带电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生碰撞而产生低能电子，因而形成离子对，这些离子在复合时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形成胚胎气泡，经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长大，就沿粒子所经路径留下痕迹。如果这时对其进行拍照，就可以把一连串的气泡拍摄下来，从而得到记录有高能带电粒子轨迹的底片。照相结束后，在液体沸腾之前，立即压缩工作液体，气泡随之消失，整个系统就很快回到初始状态，准备作下一次探测。工作液可用液氢或液氘，需在甚低温下工作，也可用液态碳氢有机物，如丙烷、乙醚等，可在常温下工作。大型气泡室容积可达20立方米。
气泡室的原理和膨胀云室有些类似，可以看成是膨胀云室的逆过程，但却更为简便快捷。它兼有云室和乳胶的优点。它和云室都可以按人们的意志在特定的时间间隔里靠特定的方法，以带电粒子为核心使气体凝结为液体，或者使液体蒸发形成气泡，从而留下粒子的径迹。它和乳胶相同的地方在于工作物质本身即可当作靶子。气泡室的优点更多，它的空间和时间分辨率高，工作循环周期短，本底干净、径迹清晰，可反复操作；但也有不足之处，那就是扫描和测量时间还嫌太长，体积有限，而且甚为昂贵，不适应现代粒子能量越来越高、作用截面越来越小的要求。
1952年，唐纳德·格拉泽（Donald A. Glaser）所发明，获得了1960年度诺贝尔物理学奖。
贡献
工作原理
密闭容器中的工作液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀时﹐可以在一定的时间间隔内(一般约50毫秒)处于过热的亚稳状态而不马上沸腾；此时如果有高能带电粒子通过﹐在粒子飞行路线上与液体中的原子碰撞而产生低能电子(δ射线)因而产生很多离子对﹐这些离子对在复合时引起局部发热或热针﹐从而形成胚胎气泡。逐渐经过不短于0.3毫秒(一般为1毫秒)之后﹐气泡长大﹐就可以对它进行照相；这时把这一连串气泡拍摄下来﹐就得到了高能带电粒子的径迹底片。照相结束后﹐立即(在沸腾之前)再压缩工作液体﹐使粒子径迹气泡消失﹐从而使整个系统回到原先的状态﹐并进入下一个工作循环。
整个泡室装置包括室本体及真空系统﹑压缩－膨胀系统﹑安全系统﹑热交换恒温系统﹑照明及照相系统﹑控制系统。由于物理测量的要求﹐还需要有一个庞大的磁铁系统(一般的常规磁铁或超导磁体)。
结构
低温泡室
唐纳德·格拉泽早期的气泡室是用有机液体作为工作物的小型泡室。后来由于物理实验的需要﹐在工作液体和规模等方面都有了很大的发展。因为基本粒子与质子(氢核)的相互作用最简单﹐容易得到明确的物理结果﹐所以与加州大学伯克利分校同事路易斯·阿尔瓦雷茨（Luis Alvarez）研制出了液氢气泡室，这在泡室技术和在物理上的应用都是极为关键的进步。氘核含有一个质子和一个中子﹐为了研究粒子与中子的相互作用﹐还研制出了液氘泡室(后来用液氘充到氢泡室中也得液氘泡室)。由于氦原子核的自旋和同位旋都是零﹐这时研究与自旋及同位旋有关的过程相当重要﹐所以又研制成了液氦泡室。氢﹑氘和氦泡室的一个共同特点是﹐都需要很低的工作温度(氢泡室的工作温度为25～29K﹐氘泡室的工作温度比氢泡室的约高5K﹐氦泡室的工作温度最低﹐为3～4K)﹐所以它们又称为低温泡室。这种泡室要求有低温系统﹐所以技术难度较大。
全息照相泡室
粲粒子发现以后﹐为了测量其极短的寿命(约10秒)﹐需要提高径迹室的空间分辨率。所以﹐又研制了全息照相泡室。全息照相可以直接给出三维的记录﹐它比普通照相有大得多的景深范围﹐而且空间分辨率高一个数量级。同时﹐它还可以使探测器系统小型化。
优缺点
泡室本身的优点是直观﹑作用顶点(有时连衰变顶点)可见﹑有很好的多重效率﹑有效空间大和测量精度高等等。但是泡室也有缺点﹐例如收集和分析数据较慢﹐特别是扫描﹑测量照片(虽然在利用自动化剂量装置的情况下)太费时间﹐体积不容易做得很大﹐因而不容易适应能量越来越高﹑要研究的作用截面越来越小﹑事例数要尽量多的实验的要求。目前正在发展着全息泡室与电子学谱仪的结合。
