Bolometer je znanstveni instrument, ki se uporablja za odkrivanje in merjenje elektromagnetnega sevanja. Ta instrument bi lahko glede na nastavitev imenovali tudi aktinična tehtnica ali kalorimeter in se običajno uporablja v situacijah, ko je sevanje majhno in ga je drugače težko zaznati. Ta orodja lahko natančno merijo elektromagnetno sevanje v njegovih različnih oblikah, od radijskih valov do ultravijoličnega sevanja in gama žarkov. Načelo delovanja je bilo prilagojeno tudi za uporabo v fiziki in detekciji delcev.
Osnovni koncept
Dejanska znanost o tem, kako ti instrumenti delujejo, je lahko nekoliko zapletena, vendar je osnovni koncept običajno precej preprost. Vsi modeli in nastavitve imajo nekakšen absorber, v bistvu element, kot je kovina, ki lahko absorbira energijo, in rezervoar, ki je nekaj, kar ima konstantno temperaturo. Oba sta povezana z nekakšnim prevodnikom. Ko energija zadene absorber, instrument zazna kakršno koli razliko med temperaturo energije in temperaturo rezervoarja, kar je lahko pokazatelj celotne elektromagnetne moči te energije.
Tovrstna orodja se uporabljajo predvsem za merjenje znanih izhodov sevanja, lahko pa se uporabljajo tudi za odkrivanje domnevnih energetskih polj, zlasti tistih v vesolju. Fiziki in astronomi, ki iščejo stvari, kot so črne luknje, na primer, pogosto uporabljajo tovrstna orodja za odkrivanje sprememb v elektromagnetnem sevanju znotraj določenih polj, da bi dobili namige in namige o vzorcih kozmične energije.
Zgodovina uporabe
Splošno mnenje je, da je ameriški astronom Samuel Pierpont Langley ustvaril prvi prototip tega instrumenta v poznem 19. stoletju. Prvi model je bil uporabljen v povezavi s teleskopom za merjenje infrardečega sevanja na astronomskih objektih, zlasti na luni. Prototip je bil osnovni pri oblikovanju. Sestavljen je iz dveh komor, opremljenih s platinastimi trakovi, ki tvorijo tako imenovano “Wheatstoneov most”, ki je povezan z galvanometrom in baterijo. Trakovi, pokriti s sajami, ki tvorijo most, so bili razporejeni tako, da je bil eden izpostavljen, drugi pa zaščiten pred izpostavljenostjo sevanju. Temperatura izpostavljenega traku bi se zvišala, ko bi prišel v stik z elektromagnetnim sevanjem, kar bi spremenilo njegov električni upor in v bistvu ustvarilo temperaturni senzor.
Elektronski modeli
Obstaja veliko različnih različic instrumenta, ki se uporabljajo v različnih nastavitvah. Bolometer s hladnimi elektroni (CEB) je na primer zelo občutljiva naprava, ki zazna kozmološko sevanje. Kovinski tunelski spoj superprevodni-izolator-normal (SIN) je tisto, kar CEB loči od drugih podobnih instrumentov, v veliki meri zato, ker se njegova izguba energije uporablja za hlajenje absorberja.
Podobno deluje tudi vroč elektronski bolometer (HEB). To je naprava, ki se uporablja za merjenje submilimetrskega in daljnega infrardečega sevanja, ki ga CEB ne more izmeriti. Deluje predvsem z zaznavanjem pridobivanja energije.
Infrardeči detektorji
Mikrobolometer je prilagojen za delovanje kot infrardeči detektor v termalni kameri, splošno znani kot infrardeča kamera, ki gleda naprej (FLIR). Ta vrsta kamere deluje po enakem principu kot tradicionalni instrument in meri infrardeče sevanje z valovnimi dolžinami med 8 in 13 mikroni. Električni upor, ki ga zabeleži kamera, se prevede v temperature, ki se uporabljajo za ustvarjanje slike.
Uporaba v fiziki delcev
Veja fizike, znana kot fizika delcev, ki preučuje osnovne elemente sevanja, pogosto uporablja izraz “bolometer” v zvezi z instrumentom, ki je bolj formalno znan kot detektor delcev. Detektor delcev deluje na enak princip kot Langleyjev originalni instrument in se uporablja za identifikacijo visokoenergetskih delcev. Scintilacijski števci in plinasti ionizacijski detektorji delcev se običajno uporabljajo za namene merjenja energije, povezane s sevanjem in značilnostmi delcev.
Napake in slabosti
Ne glede na to, kako učinkovita so bolometrična merilna orodja, je njihova uporaba tudi nekaj pomanjkljivosti. Na splošno te vrste instrumentov nimajo »diskriminatornih lastnosti«, kar pomeni, da ne razlikujejo med ioniziranimi in neioniziranimi delci. Ko se uporablja kot termični detektor, instrument tudi ne odvaja neposredno energije, ki jo zbira absorber, kar običajno pomeni, da se ne ponastavi takoj.