Bolometar je znanstveni instrument koji se koristi za otkrivanje i mjerenje elektromagnetskog zračenja. Ovaj instrument se također može nazvati aktinična vaga ili kalorimetar, ovisno o postavci, a obično se koristi u situacijama kada je zračenje malo i inače ga je teško otkriti. Ovi alati mogu precizno mjeriti elektromagnetsko zračenje u različitim oblicima, od radio valova do ultraljubičastog zračenja i gama zraka. Princip rada također je prilagođen za upotrebu u fizici i detekciji čestica.
Osnovni koncept
Stvarna znanost koja stoji iza funkcioniranja ovih instrumenata može biti pomalo komplicirana, ali je osnovni koncept obično prilično jednostavan. Svi modeli i postavke imaju neku vrstu apsorbera, u biti element poput metala koji je u stanju apsorbirati energiju, i rezervoar, što je nešto što ima konstantnu temperaturu. To dvoje je povezano nekom vrstom vodiča. Kada energija udari u apsorber, instrument detektira bilo kakvu razliku između temperature energije i temperature rezervoara, što može biti pokazatelj ukupnog elektromagnetskog izlaza te energije.
Ove vrste alata prvenstveno se koriste za mjerenje poznatih izlaza zračenja, ali se također mogu koristiti za otkrivanje sumnjivih energetskih polja, posebno onih u svemiru. Fizičari i astronomi koji traže stvari poput crnih rupa, na primjer, često koriste ove vrste alata za otkrivanje promjena u elektromagnetskom zračenju unutar određenih polja kako bi dobili naznake i tragove o obrascima kozmičke energije.
Povijest upotrebe
Rašireno je mišljenje da je američki astronom Samuel Pierpont Langley stvorio prvi prototip ovog instrumenta u kasnom 19. stoljeću. Prvi model korišten je zajedno s teleskopom za mjerenje infracrvenog zračenja na astronomskim objektima, posebice na Mjesecu. Prototip je bio osnovni dizajn. Sastojao se od dvije komore opremljene platinskim trakama koje su tvorile ono što je poznato kao “Wheatstoneov most” strukturu povezanu s galvanometrom i baterijom. Trake prekrivene čađom koje tvore most bile su raspoređene tako da je jedna ostala izložena dok je druga bila zaštićena od izlaganja zračenju. Temperatura izložene trake bi se povećala kada bi došla u kontakt s elektromagnetskim zračenjem, mijenjajući njezin električni otpor i u biti stvarajući temperaturni senzor.
Elektronski modeli
Postoji mnogo različitih varijacija instrumenta koje se koriste u različitim postavkama. Bolometar s hladnim elektronima (CEB), na primjer, vrlo je osjetljiv uređaj koji detektira kozmološko zračenje. Metalni tunelski spoj supravodljivi izolator-normal (SIN) ono je što CEB izdvaja od drugih sličnih instrumenata, velikim dijelom zato što se njegov gubitak energije koristi za hlađenje apsorbera.
Slično radi i bolometar vrućih elektrona (HEB). Ovo je uređaj koji se koristi za mjerenje submilimetarskog i dalekog infracrvenog zračenja koje CEB ne može izmjeriti. Djeluje uglavnom tako da detektira dobitak energije.
Infracrveni detektori
Mikrobolometar je prilagođen da funkcionira kao infracrveni detektor u termalnoj kameri, obično poznatoj kao infracrvena kamera za gledanje u budućnost (FLIR). Ova vrsta kamere radi na istom principu kao i tradicionalni instrument, a mjeri infracrveno zračenje s valnim duljinama između 8 i 13 mikrona. Električni otpor koji snima kamera pretvara se u temperature koje se koriste za stvaranje slike.
Upotreba u fizici čestica
Grana fizike poznata kao fizika čestica, koja proučava osnovne elemente zračenja, često koristi izraz “bolometar” u odnosu na instrument koji je formalnije poznat kao detektor čestica. Detektor čestica radi na istom principu kao i Langleyjev originalni instrument i koristi se za prepoznavanje čestica visoke energije. Scintilacijski brojači i detektori čestica plinovitog ionizacijskog tipa obično se koriste u svrhu mjerenja energije povezane sa zračenjem i karakteristikama čestica.
Nedostaci i nedostaci
Koliko god bolometrijski mjerni alati bili učinkoviti, njihova upotreba također ima i neke nedostatke. Općenito, ove vrste instrumenata nemaju “diskriminirajuća svojstva”, što znači da ne razlikuju ionizirane i neionizirane čestice. Kada se koristi kao toplinski detektor, instrument također ne raspršuje izravno energiju koju je prikupio apsorber, što obično znači da se ne resetira odmah.