Mikrokalorimetri on herkkä lämpölaite, jota käytetään yksittäisten hiukkasten tai fotonien, valon alkeishiukkasten energian mittaamiseen. Se on eräänlainen kalorimetri – laite, joka mittaa näytteen fysikaalisten tai kemiallisten reaktioiden vapauttamaa lämpöä. Mikrokalorimetrejä käytetään astrofysiikassa mittaamaan röntgensäteilyfotonien energiaa avaruudesta. Tähän liittyvää laitetta, isotermistä mikrokalorimetriä, käytetään biokemiassa ja siihen liittyvillä aloilla havaitsemaan pieniä energiamuutoksia matalissa lämpötiloissa.
Energian säilymisen laki, joka on fysiikan peruslaki, sanoo, että energiaa ei voida luoda tai tuhota – se voidaan muuttaa vain muihin muotoihin. Mikrokalorimetrit toimivat tämän periaatteen mukaisesti. Fyysisestä vuorovaikutuksesta tai kemiallisesta reaktiosta saatava energia muuttuu lämmöksi järjestelmän sisällä, ja mittaamalla tuloksena oleva lämmön muutos, vuorovaikutuksen energia voidaan päätellä.
Astrofysiikassa käytettävä mikrokalorimetri koostuu kolmesta pääkomponentista: absorboija, jäähdytyselementti ja termistori. Kun röntgenfoton iskee absorboijaan, energia siirtyy elektroniin absorboivan materiaalin atomissa. Tämä energia saa elektronin jännittymään – se hyppää kauemmas atomin ytimestä ja irtoaa kiertoradalta. Muut elektronit absorberissa voivat herätä vähäisemmässä määrin tämän löysän elektronin avulla ja nousta korkeamman energian kiertoradalle vastaavien atomiensa ympärille.
Innostuneet elektronit vapauttavat energiaa palatessaan perustilaan tai alimpaan energiatilaan – vakaalle kiertoradalle atomien ympärillä. Tässä prosessissa vapautunut energia säilyy ja muuttuu lämmöksi, jolloin absorberin lämpötila nousee pienellä määrällä. Absorberissa oleva termometri, joka tunnetaan termistorina, havaitsee tämän lämpötilan muutoksen. Lämpö virtaa sitten jäähdytyselementtiin aiheuttaen absorberin palauttamisen alkuperäiseen lämpötilaansa. Mittaamalla röntgensäteilyn aiheuttama lämpötilan muutos, voidaan laskea röntgensäteen alkuperäinen energia.
Isoterminen mikrokalorimetri toimii suunnilleen samalla tavalla, vaikka sitä käytetään mittaamaan kemiallisia vuorovaikutuksia fotonienergian sijaan. Tämä laite koostuu jäähdytyselementistä ja suljetusta reaktioastiasta, jossa kemiallinen reaktio tapahtuu. Jäähdytyselementti varmistaa, että reaktioastia pidetään vakiolämpötilassa, mikä mahdollistaa tarkat mittaukset. Kun kemiallinen reaktio tapahtuu, tietty määrä energiaa joko vapautuu lämmönä tai absorboituu, mikä aiheuttaa lämpötilan muutoksen, jonka mikrokalorimetri rekisteröi. Isotermisiä mikrokalorimetrejä voidaan käyttää fysikaalisessa kemiassa, biokemiassa ja lääketeollisuudessa, koska ne tarjoavat erittäin herkän tavan analysoida lämmön virtausta reaktiossa.
Mikrokalorimetrien on toimittava alhaisissa lämpötiloissa, jotta niiden mittaamat lämmön minuutit muuttuvat. Esimerkiksi astrofysiikassa käytettävät laitteet pidetään lähellä absoluuttista nollaa. Tässä lämpötilassa voidaan havaita pienikin lämpöenergian muutos, joka johtuu yksittäisen fotonin vaikutuksesta. Isotermiset mikrokalorimetrit eivät ole niin äärimmäisiä, mutta ne säilytetään silti paljon alhaisemmissa lämpötiloissa kuin makromittakaavan kalorimetrit.