Bolometras yra mokslinis prietaisas, naudojamas elektromagnetinei spinduliuotei aptikti ir matuoti. Šis instrumentas taip pat gali būti vadinamas aktininiu balansu arba kalorimetru, priklausomai nuo nustatymo, ir paprastai naudojamas tais atvejais, kai spinduliuotė yra nedidelė ir kitaip sunkiai aptinkama. Šie įrankiai gali tiksliai išmatuoti įvairių formų elektromagnetinę spinduliuotę – nuo radijo bangų iki ultravioletinių spindulių ir gama spindulių. Veikimo principas taip pat pritaikytas naudoti fizikoje ir dalelių aptikimo srityse.
Pagrindinė koncepcija
Tikrasis šių instrumentų veikimo mokslas gali būti šiek tiek sudėtingas, tačiau pagrindinė koncepcija paprastai yra gana paprasta. Visi modeliai ir sąrankos turi tam tikrą absorberį, iš esmės tokį elementą kaip metalas, kuris gali sugerti energiją, ir rezervuarą, kurio temperatūra yra pastovi. Abu yra sujungti tam tikru laidininku. Kai energija patenka į absorberį, prietaisas nustato bet kokį energijos temperatūros ir rezervuaro temperatūros skirtumą, o tai gali rodyti bendrą tos energijos elektromagnetinį išėjimą.
Tokie įrankiai pirmiausia naudojami žinomiems spinduliuotės išėjimams matuoti, tačiau jie taip pat gali būti naudojami įtariamiems energijos laukams, ypač kosmose, aptikti. Pavyzdžiui, fizikai ir astronomai, ieškantys tokių dalykų, kaip juodosios skylės, dažnai naudoja tokias priemones, kad nustatytų elektromagnetinės spinduliuotės pokyčius tam tikruose laukuose, kad gautų užuominų ir užuominų apie kosminės energijos modelius.
Naudojimo istorija
Plačiai manoma, kad amerikiečių astronomas Samuelis Pierpontas Langley sukūrė pirmąjį šio instrumento prototipą XIX amžiaus pabaigoje. Pirmasis modelis buvo naudojamas kartu su teleskopu astronominių objektų, ypač mėnulio, infraraudonosios spinduliuotės matavimui. Prototipas buvo pagrindinis dizaino. Jį sudarė dvi kameros su platinos juostelėmis, sudarančiomis vadinamąją „Wheatstone tilto“ struktūrą, sujungtą su galvanometru ir akumuliatoriumi. Suodžiais padengtos juostos, sudarančios tiltą, buvo išdėstytos taip, kad viena liko atvira, o kita buvo apsaugota nuo radiacijos poveikio. Atviros juostos temperatūra padidėtų, kai ji liestųsi su elektromagnetine spinduliuote, pakeisdama jos elektrinę varžą ir iš esmės sukurdama temperatūros jutiklį.
Elektronų modeliai
Yra daug skirtingų instrumento variantų, kurie naudojami skirtinguose nustatymuose. Pavyzdžiui, šaltųjų elektronų bolometras (CEB) yra labai jautrus prietaisas, aptinkantis kosmologinę spinduliuotę. Superlaidaus-izoliatoriaus-įprasto (SIN) metalo tunelio jungtis yra tai, kas išskiria CEB iš kitų panašių prietaisų, daugiausia dėl to, kad jo energijos nuostoliai yra naudojami absorberiui aušinti.
Karšto elektronų bolometras (HEB) veikia panašiai. Tai prietaisas, naudojamas submilimetrų ir tolimųjų infraraudonųjų spindulių spinduliuotei matuoti, kurio CEB negali išmatuoti. Jis daugiausia veikia aptikdamas energijos padidėjimą.
Infraraudonųjų spindulių detektoriai
Mikrobolometras pritaikytas veikti kaip infraraudonųjų spindulių detektorius šiluminėje kameroje, paprastai žinoma kaip į priekį žiūrinti infraraudonųjų spindulių (FLIR) kamera. Šio tipo fotoaparatai veikia tuo pačiu principu kaip ir tradiciniai prietaisai ir matuoja infraraudonąją spinduliuotę, kurios bangos ilgis yra nuo 8 iki 13 mikronų. Kameros užfiksuota elektrinė varža paverčiama temperatūra, kuri naudojama kuriant vaizdą.
Naudojimas dalelių fizikoje
Fizikos šaka, žinoma kaip dalelių fizika, kuri tiria pagrindinius spinduliuotės elementus, dažnai vartoja terminą „bolometras“ kalbant apie instrumentą, kuris formaliau žinomas kaip dalelių detektorius. Dalelių detektorius veikia tuo pačiu principu kaip ir originalus Langley instrumentas ir yra naudojamas didelės energijos dalelėms identifikuoti. Scintiliacijos skaitikliai ir dujinės jonizacijos tipo dalelių detektoriai paprastai naudojami su spinduliuote ir dalelių savybėmis susijusiai energijai matuoti.
Nesėkmės ir trūkumai
Kad ir kaip būtų veiksmingi bolometriniai matavimo įrankiai, jų naudojimas taip pat turi tam tikrų trūkumų. Apskritai tokio tipo instrumentams trūksta „diskriminacinių savybių“, o tai reiškia, kad jie neskiria jonizuotų ir nejonizuotų dalelių. Naudojamas kaip šiluminis detektorius, prietaisas taip pat tiesiogiai neišsklaido absorberio surinktos energijos, o tai paprastai reiškia, kad jis iš karto neatsistato.