Bolometrs ir zinātnisks instruments, ko izmanto elektromagnētiskā starojuma noteikšanai un mērīšanai. Šo instrumentu atkarībā no iestatījuma var saukt arī par aktīnisko līdzsvaru vai kalorimetru, un to parasti izmanto situācijās, kad starojums ir neliels un citādi grūti nosakāms. Šie instrumenti var precīzi izmērīt elektromagnētisko starojumu dažādos tā veidos, sākot no radioviļņiem līdz ultravioletajam starojumam un gamma stariem. Darbības princips ir pielāgots izmantošanai arī fizikā un daļiņu noteikšanā.
Pamatkoncepcija
Faktiskā zinātne par šo instrumentu darbību var būt nedaudz sarežģīta, taču galvenā koncepcija parasti ir diezgan vienkārša. Visiem modeļiem un iestatījumiem ir sava veida absorbētājs, būtībā tāds elements kā metāls, kas spēj absorbēt enerģiju, un rezervuārs, kam ir nemainīga temperatūra. Abus savieno kaut kāds vadītājs. Kad enerģija nonāk absorbētājā, instruments nosaka jebkādu atšķirību starp enerģijas temperatūru un rezervuāra temperatūru, kas var liecināt par šīs enerģijas kopējo elektromagnētisko izvadi.
Šāda veida rīkus galvenokārt izmanto, lai izmērītu zināmu starojuma izvadi, taču tos var izmantot arī, lai noteiktu iespējamos enerģijas laukus, jo īpaši kosmosā. Piemēram, fiziķi un astronomi, kas meklē tādas lietas kā melnie caurumi, bieži izmanto šāda veida rīkus, lai noteiktu elektromagnētiskā starojuma izmaiņas noteiktos laukos, lai iegūtu mājienus un pavedienus par kosmiskās enerģijas modeļiem.
Lietojuma vēsture
Plaši tiek uzskatīts, ka amerikāņu astronoms Semjuels Pjērons Lenglijs 19. gadsimta beigās radīja pirmo šī instrumenta prototipu. Pirmais modelis tika izmantots kopā ar teleskopu, lai izmērītu infrasarkano starojumu uz astronomiskiem objektiem, jo īpaši uz Mēness. Prototips bija pamata dizains. Tas sastāvēja no divām kamerām, kas bija aprīkotas ar platīna sloksnēm, veidojot tā saukto “Whitestone tilta” struktūru, kas savienota ar galvanometru un akumulatoru. Ar kvēpiem pārklātās sloksnes, kas veido tiltu, tika izkārtotas tā, ka viena tika atstāta atklāta, bet otra tika pasargāta no starojuma iedarbības. Atklātās sloksnes temperatūra palielināsies, kad tā nonāk saskarē ar elektromagnētisko starojumu, mainot tās elektrisko pretestību un būtībā radot temperatūras sensoru.
Elektronu modeļi
Ir daudz dažādu instrumenta variantu, kas tiek izmantoti dažādos iestatījumos. Piemēram, aukstais elektronu bolometrs (CEB) ir ļoti jutīga ierīce, kas nosaka kosmoloģisko starojumu. Supravadoša-izolatora-parastā (SIN) metāla tuneļa krustojums ir tas, kas atšķir CEB no citiem līdzīgiem instrumentiem, lielā mērā tāpēc, ka tā enerģijas zudumi tiek izmantoti absorbētāja dzesēšanai.
Karsto elektronu bolometrs (HEB) darbojas līdzīgi. Šī ir ierīce, ko izmanto, lai mērītu submilimetru un tālo infrasarkano starojumu, ko nevar izmērīt ar CEB. Tas darbojas galvenokārt, nosakot enerģijas pieaugumu.
Infrasarkanie detektori
Mikrobolometrs ir pielāgots, lai darbotos kā infrasarkanais detektors termokamerā, ko parasti sauc par uz priekšu vērstu infrasarkano (FLIR) kameru. Šāda veida kamera darbojas pēc tāda paša principa kā tradicionālais instruments un mēra infrasarkano starojumu ar viļņu garumu no 8 līdz 13 mikroniem. Kameras reģistrētā elektriskā pretestība tiek pārvērsta temperatūrās, kuras izmanto attēla izveidošanai.
Izmantošana daļiņu fizikā
Fizikas nozare, kas pazīstama kā daļiņu fizika, kas pēta starojuma pamatelementus, bieži lieto terminu “bolometrs”, atsaucoties uz instrumentu, kas formāli pazīstams kā daļiņu detektors. Daļiņu detektors darbojas pēc tāda paša principa kā Langley oriģinālais instruments un tiek izmantots augstas enerģijas daļiņu identificēšanai. Scintilācijas skaitītājus un gāzveida jonizācijas tipa daļiņu detektorus parasti izmanto ar starojumu un daļiņu īpašībām saistītās enerģijas mērīšanai.
Neveiksmes un trūkumi
Lai cik efektīvi būtu bolometriskie mērīšanas rīki, to lietošanai ir arī daži trūkumi. Kopumā šāda veida instrumentiem trūkst “diskriminējošu īpašību”, kas nozīmē, ka tie neatšķir jonizētas un nejonizētas daļiņas. Ja instruments tiek izmantots kā termiskais detektors, tas arī tieši neizkliedē absorbētāja savākto enerģiju, kas parasti nozīmē, ka tas nekavējoties netiek atiestatīts.