ბუშტოვანი კამერა

ფერმილაბში გამოყენებული 4.5 მეტრიანი ბუშტოვანი კამერა

ბუშტოვანი კამერა — დამუხტული ნაწილაკების კვლების სარეგისტრაციო ხელსაწყო, რომელიც ოპტიკურად გამჭვირვალე, გადახურებული სითხით სავსე ჭურჭელია.

ისტორია

1952 წელს ააგო ამერიკელმა ფიზიკოსმა დ. გლეიზერმა. 1952 წელს, რისთვისაც 1960 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია ფიზიკაში. გავრცელებულია მოსაზრება, რომ გლეიზერი შთააგონებული იყო ლუდის ჭიქაში გაჩენილი ბუშტუკების დაკვირვეით; თუმცა, 2006 წელს საუბრისას გლეიზერმა უარყო გამოგონების ეს ვერსია, და მისივე თქმით შთაგონება ლუდში არ უპოვია, თუმცა კი მოწყობილობის ადრეული პროტოტიპის დასამზადებლად ნამდვილად ლუდი გამოიყენა. მან ექსპერიმენტულად დაადგინა, რომ გადახურებულ სითხეში დამუხტული (მაიონებელი) ჩქარი ნაწილაკის გავლისას მისი კვალის გასწვრივ წარმოქმნილ იონებზე ჩნდება ორთქლის ბუშტები. აქედან მიიღო ხელსაწყომ ბუშტოვანი კამერის სახელწოდება. მალე გლეიზერის ბუშტოვანი კამერა მცირე ზომის მინის ჭურჭლიდან ურთულეს სამრეწველო ტიპის დანადგარად იქცა.

მიუხედავად იმისა, რომ წარსულში ბუშტოვან კამერებს ფართოდ იყენებდნენ, თანამედროვე მაღალი ენერეგიების ფიზიკის ექსპერიმენტულ კვლევებში ამ ტიპის მოწყობილობები თითქმის მთლიანად გამოდევნა ისეთმა მოწყობილობებმა როგორებიც არის: მავრთულოვანი კამერა, ნაპერწკალური კამერა, დრიფტ კამერა და სილიკონის დეტექტორი. ცალკე აღნიშვნის ღირსია ორი ბუშტოვანი კამერა: დიდი ევროპული ბუშტოვანი კამერა (Big European Bubble Chamber - BEBC) და გარგამელი (Gargamelle).

მოწყობა და გამოყენება

თსუ-ში დამზადებული წყალბად-დეიტერიუმის 80-ლიტრიანი ბუშტოვანი კამერა მაგნიტურ ველში (სქემატური ნახაზი): 1 — პნევმატიკური ამძრავი; 2 — ჭოკი; 3 — გრაფიტიზირებული ფთორპლასტის შუასადები; 4 — ვაკუუმური გარსაცმი; 5 — თხევადი აზოტის რეზერვუარი; 6 — სპილენძის რადიაციული ეკრანი; 7, 9, 14 — თბომცვლელები; 8 — დგუში; 10 — კომბინირებული შუასადები; 11 — სახშობი; 12 — ამრეკლი; 13 — მაგნიტური რკინის ბლოკი; 15 — ავარიული ნასხლეტი; 16— ილუმინატორი; 17 — მცველის კონუსი; 18 — იმპულსური მილაკები; 19 — სტერეოფოტოკამერა.

ბუშტოვანი კამერის მთავარი ნაწილებია: სამუშაო მოცულობა, წნევის ცვლილების, განათება-ფოტოგრაფირებისა და მართვის სისტემები. სამუშაო მოცულობაში მოთავსებული სითხე წნევის ცვლილების სისტემას გადაჰყავს გადახურებულ მდგომარეობაში (როდესაც ტემპერატურა მოცემული წნევის დროს დუღილის ტემპერატურაზე მაღალია). ამ მომენტში ბუშტოვან კამერაში ატარებენ დამუხტული ჩქარი ნაწილაკების ნაკადს და ახდენენ განათება-ფოტოგრაფირებას. მიიღება სითხეში მათი გავლისა და სითხის ნაწილაკებთან ურთიერთქმედების სურათი. ბუშტოვანი კამერის უპირატესობა სხვა ანალოგიურ ხელსაწყოებთან შედარებით (ვილსონის კამერა, დიფუზიური კამერა) ის არის, რომ:

1. იგი ერთდროულად სამიზნეცაა და დეტექტორიც;

2. აქვს მაღალი დროითი სივრცითი გარჩევის უნარი — მცირე ტურბულენტურობის გამო სურათი თითქმის არ მახინჯდება;

3. სამიზნეს დიდი სიმკვრივის გამო ბირთვული ურთიერთქმედებისადმი მეტად ეფექტურია;

4. შეიძლება დამზადდეს დიდი ზომისა, ხოლო მუშა სითხედ გამოყენებულ იქნეს ბირთვული რეაქციისათვის საჭირო ელემენტის შემცველი ნებისმიერი სითხე ან მათი ნარევი:

ა) თხევადი წყალბადი — თავისუფალი პროტონების სამიზნე ელემენტარული ურთიერთქმედების აქტზე დაკვირვებისათვის;

ბ) პროპანი ან პროპან-ფრეონის ნარევი — წყალბადით (პროტონებით) მდიდარი და ამავე დროს საკმაოდ მკვრივი, გამა-კვანტების კარგი დეტექტორი, რომელიც მაღალენერგიულ აქტში წარმოქმნილი ყველა ნაწილაკის შესახებ სრული ინფორმაციის მიღების საშუალებას იძლევა;

გ) თხევადი ქსენონი — იყენებენ დეტექტორად ისეთ რადიოაქტიულ დაშლის პროცესზე დასაკვირვებლად, რომელშიც სხვა ნაწილაკებთან ერთად გამა-კვანტებიც გამოიყოფა;

დ) თხევადი ჰელიუმი, დეიტერიუმი, წყალბად-ნეონის ნარევი და სხვა.

5. გრძნობიერების დროის სიმცირის გამო ბუშტოვანი კამერით მიღებული სურათი არ არის გადატვირთული ფონური ნაწილაკების კვლებით;

6. აქვს მუშაობის სწრაფი ციკლი — შეუძლია ნებისმიერ ამჩქარებელთან (0.1-5) ჰც სიხშირით იმუშაოს სინქრონულად.

ამ უპირატესობათა გამო გამოყენების თვალსაზრისით ბუშტოვანი კამერის ამჩქარებლებზე მომუშავე სხვა ხელსაწყოთა შორის ყველაზე ფართოდ გავრცელებული ხელსაწყოა.

აღნიშვნის ღირსია ის აღმოჩენები რომელბის გაკეთდა ბუშტოვანი კამერის საშუალებით, მათ შორისაა:

ელექტროსუსტი ნეიტრალური დენის აღმოჩენა, Gargamelle, 1973. ამან გაამყარა ელექტროსუსტი თეორიის პოზიციები და საბოლოოდ 1983 წელს მიგვიყვანა W და Z ბოსონების აღმოჩენამდე (UA1 და UA2 ექსპერიმენტები).

ბოლო დროს ბუშტოვანი კამერები კვლავ დაბრუნდნენ მეცნიერებაში, ამჯერად მათი გამოყენება დაიწყეს სუსტად ურთიერთქმედი მასიური ნაწილაკების ძიებაში (ბნელი მატერიის ერთ-ერთი შესაძლო კანდიდატი). ამ ძიებისთვის ბუშტოვან კამერებს იყენებენ ისეთ ექსპერიმენტები, როგორებიც არის SIMPLE, COUPP, PICASSO და ახლახან, PICO.

სუსტი მხარეები

წარსულში უდიდესი წარმატების მიუხედავად, ბუშტოვანი კამერები უმნიშვნელოდ გამოიყენება თანამედროვე მაღალი ენერგიების ფიზიკაში, შემდეგი მიზეზების გამო:

• ფოტოგრაფიული მეთოდით მონაცემების აღება მოუხერხებელია, სამგანზომილებიანი ელექტრონული მონაცემების აღებასთან შედარებით. ბუშტოვან კამერაში კი სწორედ ფოგორაფირებაა საჭირო. ეს განსაკუთრებით დიდი პრობლემაა ექსპერიმენტებში, რომლებიც მრავალჯერად და მრავალრიცხოვან მონაცემების ანალიზს მოითხოვს.
• გადაცხელებული ფაზა ზუსტად უნდა დაემთხვას კამერაში ნაწილაკის შეჭრის მომენტს. ეს კი ართულებს ხანმოკლე სიცოცხლის ხანგძლივობის მქონე ნაწილაკების დეტექტირებას..
• ბუშტოვანი კამერა არ არის საკმარისად დიდი და მასიური იმისათვის რომ მაღალი ენერგიის დაჯახებების ანალიზისთვის იყოს გამოყენებული. რადგანაც ზემაღალი ენერგიის ნაწილაკზე დაკვირვებისთვის კრიტიკულია, რომ მიმდინარე პროცესში წარმოქმნილი ნაწილაკი დეტექტორშივე რჩებოდნენ.
• მაღალი ენერგიის ნაწილაკების კვალის რადიუსი ძალიან დიდი იქნება (თითქმის სწორხაზოვანი), ამიტომ მათი ენერგია-იმპულსის აღსადგენად უაღრესად ზუსტი გაზომვების ჩასატარება იქნება საჭირო.

ჩამოთვლილი მიზეზების გამო, ბუშტოვანი კამერა მეტწილად შეიცვალა მავრთულოვანი კამერამ, რომელიც საშუალებას იძლევა ნაწილაკების ენერგიას გაზომვასაც კი. აგრეთვე, ბუშტოვანი კამერის კარგ ალტერნატივას წარმოადგენს ნაპერწკალური კამერა.

რესურსები ინტერნეტში

• A step-by-step tutorial on how to read bubble chamber pictures. CERN. დაარქივებულია ორიგინალიდან — 7 მარტი, 2012.