Ein Bolometer ist ein wissenschaftliches Instrument zur Erkennung und Messung elektromagnetischer Strahlung. Dieses Instrument kann je nach Einstellung auch als aktinische Waage oder Kalorimeter bezeichnet werden und wird normalerweise in Situationen verwendet, in denen die Strahlung gering und ansonsten schwer zu erkennen ist. Diese Werkzeuge können elektromagnetische Strahlung in ihren verschiedenen Formen präzise messen, von Radiowellen über ultraviolette Strahlung bis hin zu Gammastrahlen. Das Funktionsprinzip wurde auch für den Einsatz in der Physik und Partikeldetektion angepasst.
Basiskonzept
Die eigentliche Wissenschaft hinter der Funktionsweise dieser Instrumente kann etwas kompliziert sein, aber das Kernkonzept ist normalerweise ziemlich einfach. Alle Modelle und Setups haben eine Art Absorber, im Wesentlichen ein Element wie Metall, das Energie absorbieren kann, und ein Reservoir, das eine konstante Temperatur hat. Die beiden sind durch eine Art Leiter verbunden. Wenn Energie auf den Absorber trifft, erkennt das Instrument jeden Unterschied zwischen der Temperatur der Energie und der Temperatur des Reservoirs, was ein Hinweis auf die gesamte elektromagnetische Leistung dieser Energie sein kann.
Diese Art von Werkzeugen werden in erster Linie zur Messung bekannter Strahlungsleistungen verwendet, können aber auch zur Erkennung vermuteter Energiefelder, insbesondere im Weltraum, verwendet werden. Physiker und Astronomen, die zum Beispiel nach Dingen wie Schwarzen Löchern suchen, verwenden häufig diese Art von Werkzeugen, um Änderungen der elektromagnetischen Strahlung innerhalb bestimmter Felder zu erkennen, um Hinweise und Hinweise auf kosmische Energiemuster zu erhalten.
Nutzungsverlauf
Es wird allgemein angenommen, dass der amerikanische Astronom Samuel Pierpont Langley Ende des 19. Jahrhunderts den ersten Prototyp dieses Instruments geschaffen hat. Das erste Modell wurde in Verbindung mit einem Teleskop verwendet, um Infrarotstrahlung an astronomischen Objekten, insbesondere dem Mond, zu messen. Der Prototyp war grundlegend im Design. Es bestand aus zwei Kammern, die mit Platinstreifen ausgestattet waren und eine sogenannte „Wheatstone-Brücke“ bildeten, die mit einem Galvanometer und einer Batterie verbunden war. Mit Ruß bedeckte Streifen, die die Brücke bildeten, wurden so angeordnet, dass einer freigelassen wurde, während der andere vor der Strahlenbelastung abgeschirmt war. Die Temperatur des freigelegten Streifens würde ansteigen, wenn er mit der elektromagnetischen Strahlung in Kontakt kam, seinen elektrischen Widerstand ändern und im Wesentlichen einen Temperatursensor erzeugen würde.
Elektronenmodelle
Es gibt viele verschiedene Variationen des Instruments, die in verschiedenen Einstellungen verwendet werden. Ein Kaltelektronenbolometer (CEB) zum Beispiel ist ein hochempfindliches Gerät, das kosmologische Strahlung erfasst. Ein supraleitender Isolator-normaler (SIN) Metalltunnelübergang unterscheidet den CEB von anderen ähnlichen Instrumenten, zum großen Teil, weil sein Energieverlust zum Kühlen des Absorbers verwendet wird.
Ein Heißelektronenbolometer (HEB) funktioniert ähnlich. Dies ist ein Gerät zur Messung von Submillimeter- und Ferninfrarotstrahlung, die von der CEB nicht gemessen werden kann. Es funktioniert hauptsächlich, indem es Energiegewinne erkennt.
Infrarotdetektoren
Ein Mikrobolometer dient als Infrarotdetektor in einer Wärmebildkamera, die allgemein als vorwärtsgerichtete Infrarotkamera (FLIR) bekannt ist. Dieser Kameratyp arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie das herkömmliche Instrument und misst Infrarotstrahlung mit Wellenlängen zwischen 8 und 13 Mikrometer. Der von der Kamera erfasste elektrische Widerstand wird in Temperaturen übersetzt, die zur Erstellung eines Bildes verwendet werden.
Verwendung in der Teilchenphysik
Ein Teilgebiet der Physik, die Teilchenphysik, das die Grundelemente der Strahlung untersucht, verwendet häufig den Begriff „Bolometer“ in Bezug auf ein Instrument, das formal als Teilchendetektor bekannt ist. Der Teilchendetektor funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie das Originalgerät von Langley und dient der Identifizierung hochenergetischer Teilchen. Szintillationszähler und Teilchendetektoren des gasförmigen Ionisationstyps werden typischerweise verwendet, um Energie zu messen, die mit Strahlungs- und Teilcheneigenschaften verbunden ist.
Rückschläge und Nachteile
So effektiv bolometrische Messwerkzeuge auch sein können, so hat ihr Einsatz auch einige Nachteile. Im Allgemeinen fehlen solchen Instrumenten „diskriminierende Eigenschaften“, was bedeutet, dass sie nicht zwischen ionisierten und nicht ionisierten Partikeln unterscheiden. Auch beim Einsatz als Thermodetektor leitet das Gerät die vom Absorber aufgenommene Energie nicht direkt ab, was in der Regel bedeutet, dass es nicht sofort zurückgesetzt wird.