CAMERA A BOLLE
CAMERA A BOLLE
. È un apparecchio, di recente ideazione, che permette di visualizzare il percorso di particelle ionizzanti in un liquido che si trovi in condizioni di surriscaldamento. In tali condizioni infatti (la scoperta fu effettuata da D. A. Glaser nel 1952) il passaggio di una particella carica provoca la formazione di una fila di bollicine (donde il nome dell'apparecchio) che individuano la traiettoria della particella medesima nel liquido. La "traccia" viene fotografata (fig. 1) similmente a quanto si fa con la camera di Wilson (v. App. II, 1, p. 489).
Nella fig. 2 è riportato lo schema di una c. a bolle.
Il liquido sensibile (CBrF3) è contenuto in un recipiente a tenuta a. Due pareti di questo sono in vetro per permettere l'illuminazione e la fotografia delle tracce; una terza parete, b, è costituita da una membrana flessibile, mediante la quale si regola la pressione del liquido in a. Dell'aria compressa a circa 21 atmosfere, introdotta attraverso la valvola d, mantiene il liquido in a a tale pressione per mezzo di un liquido inerte intermediario contenuto in c; la temperatura viene mantenuta a circa 37 °C: in tali condizioni il liquido non bolle. Se ora si apre la valvola d, la pressione in a scende bruscamente a circa 12 atmosfere, valore determinato dalla pressione del gas contenuto nel recipiente e. In tale situazione il liquido sensibile si trova nella condizione metastabile di surriscaldamento; le particelle elettricamente cariche, attraversando il liquido, perdono energia per ionizzazione e provocano in tal modo un riscaldamento particolarmente forte di alcune regioni microscopiche che agiscono come nuclei di ebollizione: si forma quindi la traccia di bollicine, che viene fotografata pochi millesecondi dopo la sua formazione.
Se la pressione finale fosse troppo elevata o la temperatura troppo bassa la camera non sarebbe sensibile (cioè non si avrebbe formazione di tracce); se viceversa la pressione finale fosse troppo bassa o la temperatura troppo elevata, si avrebbe formazione di bolle in tutto il volume della camera, e particolarmente lungo le pareti, indipendentemente dalla presenza di radiazioni ionizzanti.
Si può immergere la c. in un campo magnetico per risalire dalla curvatura delle tracce alla quantità di moto delle particelle; la densità di bolle permette di stimare, e in alcuni casi di misurare, la velocità delle particelle.
I principali pregi della c. a bolle consistono nel fatto che è possibile effettuare anche più di una espansione al secondo e che la densità di un liquido è molto superiore a quella di un gas: questi due fatti fanno sì che in una c. a bolle si può osservare, a parità di tempo, un numero di reazioni molto superiore che non con la c. di Wilson. Si possono costruire inoltre c. a bolle con una grande varietà di liquidi sensibili: la scelta del liquido sensibile dipende dall'esperimento che si vuole compiere e determina le caratteristiche tecniche dello strumento.
L'idrogeno è il liquido di uso più generale, in quanto permette di studiare le reazioni tra particelle accelerate e protoni. Per tale ragione, malgrado le difficoltà dovute alla pericolosità della sostanza e alla bassissima temperatura di essa allo stato liquido (punto di ebollizione 20,4 °K), sono in uso molte c. di questo tipo; alcune di esse hanno dimensioni ragguardevoli (fino a 200 × 60 × 50 cm : v. fig. 3) e la loro costruzione ha costituito un'impresa tecnica estremamente ardua e dispendiosa (il costo è dell'ordine del miliardo di lire). Largamente usati sono anche alcuni idrocarburi liquidi (specialmente il propano); i problemi costruttivi sono in tal caso relativamente semplici, ma l'analisi fisica degli esperimenti si complica per la presenza simultanea di due nuclei (carbonio e idrogeno) come possibili bersagli delle particelle accelerate. In esperimenti nei quali è importante rivelare quanti γ oppure misurare il percorso totale delle particelle, vengono usati alcuni liquidi (come Xenon, CF3Br, WF3, ecc.) che hanno densità e peso molecolare elevati. Soprattutto in questi casi si è dimostrato utile l'uso, anziché di un liquido puro, di un liquido nel quale è disciolto un gas. Per alcuni particolari esperimenti vengono usati anche il deuterio e l'elio liquidi.
L'uso delle c. a bolle per lo studio di reazioni nucleari implica la ripresa di un gran numero (decine o centinaia di migliaia) di fotografie stereoscopiche della c. Le fotografie vengono sottoposte a una duplice analisi: dapprima vengono selezionate le fotografie nelle quali sono state effettivamente fotografate le reazioni che formano l'oggetto dell'esperimento, poi queste vengono analizzate con apparati fotogrammetrici appositamente ideati e costruiti.
Questi apparati permettono la misura rapida delle coordinate di alcuni punti lungo le immagini fotografiche delle tracce; le coordinate vengono registrate in codice su schede perforate o su nastro perforato, insieme ad opportune istruzioni. L'ultima fase della analisi è compiuta da un calcolatore elettronico che risale dalle coordinate registrate a tutte le caratteristiche geometriche e cinematiche dell'evento misurato.
Bibl.: D. A. Glaser, The bubble chamber, in Handbuch der Physik, XLV, Berlino 1958, pp. 314-41; D. V. Bugg, The bubble chamber, in Progress in nuclear physics, VII (1959), pp. 1-52.