Bolometri on tieteellinen väline, jota käytetään sähkömagneettisen säteilyn havaitsemiseen ja mittaamiseen. Tätä laitetta voidaan kutsua myös aktiiniseksi vaakaksi tai kalorimetriksi asetuksesta riippuen, ja sitä käytetään tyypillisesti tilanteissa, joissa säteily on vähäistä ja muuten vaikea havaita. Nämä työkalut voivat mitata tarkasti sähkömagneettista säteilyä sen eri muodoissa radioaalloista ultraviolettisäteilyyn ja gammasäteisiin. Toimintaperiaate on myös mukautettu käytettäväksi fysiikassa ja hiukkasten havaitsemisessa.
Peruskonsepti
Todellinen tiede näiden instrumenttien toiminnan takana voi olla hieman monimutkainen, mutta ydinkonsepti on yleensä melko suoraviivainen. Kaikissa malleissa ja kokoonpanoissa on jonkinlainen absorboija, lähinnä elementti, kuten metalli, joka kykenee absorboimaan energiaa, ja säiliö, jolla on vakio lämpötila. Nämä kaksi on kytketty jonkinlaisella johtimella. Kun energia osuu absorboijaan, laite havaitsee mahdollisen eron energian lämpötilan ja säiliön lämpötilan välillä, mikä voi olla osoitus kyseisen energian kokonaismagneettisesta ulostulosta.
Tällaisia työkaluja käytetään pääasiassa tunnettujen säteilylähtöjen mittaamiseen, mutta niitä voidaan käyttää myös epäiltyjen energiakenttien, erityisesti avaruudessa olevien, havaitsemiseen. Esimerkiksi fyysikot ja tähtitieteilijät, jotka etsivät esimerkiksi mustia aukkoja, käyttävät usein tällaisia työkaluja havaitakseen sähkömagneettisen säteilyn muutokset tietyillä aloilla saadakseen vihjeitä ja vihjeitä kosmisista energiakuvioista.
Käyttöhistoria
Yleisesti uskotaan, että amerikkalainen tähtitieteilijä Samuel Pierpont Langley loi tämän instrumentin ensimmäisen prototyypin 19 -luvun lopulla. Ensimmäistä mallia käytettiin yhdessä teleskoopin kanssa infrapunasäteilyn mittaamiseksi tähtitieteellisissä kohteissa, erityisesti kuussa. Prototyyppi oli suunnittelussa perus. Se koostui kahdesta kammiosta, jotka oli varustettu platinakaistaleilla, jotka muodostivat niin kutsutun “Wheatstone -sillan” rakenteen, joka oli yhdistetty galvanometriin ja akkuun. Sillan muodostavat nokipeitetyt nauhat järjestettiin siten, että toinen jätettiin alttiiksi, kun taas toinen oli suojattu säteilyaltistukselta. Paljaan nauhan lämpötila nousee, kun se joutuu kosketuksiin sähkömagneettisen säteilyn kanssa, mikä muuttaa sen sähköistä vastusta ja luo olennaisesti lämpötila -anturin.
Elektronimallit
Laitteesta on monia eri muunnelmia, joita käytetään eri asetuksissa. Esimerkiksi kylmä elektronibolometri (CEB) on erittäin herkkä laite, joka havaitsee kosmologisen säteilyn. Suprajohtava-eristin-normaali (SIN) -metallitunneliyhteys erottaa CEB: n muista vastaavista laitteista suurelta osin siksi, että sen energiahäviö käytetään absorberin jäähdyttämiseen.
Kuuma elektronibolometri (HEB) toimii samalla tavalla. Tämä on laite, jota käytetään mittaamaan alle millimetrin ja infrapunasäteily, jota CEB ei voi mitata. Se toimii pääasiassa havaitsemalla energiantuottoa.
Infrapuna-ilmaisimet
Mikrobolometri on sovitettu toimimaan lämpökameran infrapunatunnistimena, joka tunnetaan yleisesti nimellä FLIR (Forward Looking Infrared). Tämäntyyppinen kamera toimii samalla periaatteella kuin perinteinen laite ja mittaa infrapunasäteilyä, jonka aallonpituus on 8–13 mikronia. Kameran tallentama sähkövastus muunnetaan lämpötiloiksi, joita käytetään kuvan luomiseen.
Käyttö hiukkasfysiikassa
Fysiikan haara, joka tunnetaan nimellä hiukkasfysiikka, joka tutkii säteilyn peruselementtejä, käyttää usein termiä “bolometri” viitaten instrumenttiin, joka tunnetaan muodollisemmin hiukkasilmaisimena. Hiukkasilmaisin toimii samalla periaatteella kuin Langleyn alkuperäinen instrumentti, ja sitä käytetään tunnistamaan suuren energian hiukkasia. Tuikelaskureita ja kaasumaisia ionisaatiotyyppisiä hiukkasilmaisimia käytetään tyypillisesti säteilyyn ja hiukkasten ominaisuuksiin liittyvän energian mittaamiseen.
Takaiskuja ja haittoja
Niin tehokkaita kuin bolometriset mittauslaitteet voivat olla, niiden käytössä on myös haittoja. Yleensä tällaisilla välineillä ei ole “syrjiviä ominaisuuksia”, mikä tarkoittaa, että ne eivät tee eroa ionisoitujen ja ionisoimattomien hiukkasten välillä. Kun laitetta käytetään lämpöilmaisimena, se ei myöskään suoraan haihduta absorberin keräämää energiaa, mikä yleensä tarkoittaa, että se ei nollaudu välittömästi.