Un bolómetro es un instrumento científico que se utiliza para detectar y medir la radiación electromagnética. Este instrumento también podría denominarse equilibrio actínico o calorímetro, según el entorno, y se utiliza normalmente en situaciones en las que la radiación es mínima y, por lo demás, difícil de detectar. Estas herramientas pueden medir con precisión la radiación electromagnética en sus diversas formas, desde ondas de radio hasta radiación ultravioleta y rayos gamma. El principio operativo también se ha adaptado para su uso en física y detección de partículas.
Concepto basico
La ciencia real detrás de cómo funcionan estos instrumentos puede ser algo complicada, pero el concepto central suele ser bastante sencillo. Todos los modelos y configuraciones tienen algún tipo de absorbedor, esencialmente un elemento como el metal que es capaz de absorber energía, y un depósito, que es algo que tiene una temperatura constante. Los dos están conectados por algún tipo de conductor. Cuando la energía golpea el absorbedor, el instrumento detecta cualquier diferencia entre la temperatura de la energía y la temperatura del depósito, lo que puede ser una indicación de la salida electromagnética general de esa energía.
Este tipo de herramientas se utilizan principalmente para medir las salidas de radiación conocidas, pero también se pueden utilizar para detectar campos de energía sospechosos, particularmente aquellos en el espacio. Los físicos y astrónomos que buscan cosas como agujeros negros, por ejemplo, a menudo usan este tipo de herramientas para detectar cambios en la radiación electromagnética dentro de campos dados con el fin de obtener pistas y pistas sobre los patrones de energía cósmica.
Historia de uso
Se cree ampliamente que el astrónomo estadounidense Samuel Pierpont Langley creó el primer prototipo de este instrumento a fines del siglo XIX. El primer modelo se utilizó junto con un telescopio para medir la radiación infrarroja en objetos astronómicos, la luna en particular. El prototipo tenía un diseño básico. Consistía en dos cámaras equipadas con tiras de platino que formaban lo que se conoce como una estructura de «puente de Wheatstone» conectada a un galvanómetro y una batería. Las tiras cubiertas de hollín que formaban el puente se dispusieron de modo que una quedara expuesta y la otra se protegiera de la exposición a la radiación. La temperatura de la tira expuesta aumentaría cuando entrara en contacto con la radiación electromagnética, alterando su resistencia eléctrica y creando esencialmente un sensor de temperatura.
Modelos de electrones
Hay muchas variaciones diferentes del instrumento que se utilizan en diferentes entornos. Un bolómetro de electrones fríos (CEB), por ejemplo, es un dispositivo muy sensible que detecta la radiación cosmológica. Una unión de túnel de metal superconductor-aislante-normal (SIN) es lo que distingue al CEB de otros instrumentos similares, en gran parte porque su pérdida de energía se utiliza para enfriar el absorbedor.
Un bolómetro de electrones calientes (HEB) funciona de manera similar. Este es un dispositivo que se utiliza para medir la radiación submilimétrica e infrarroja lejana que no puede medir el CEB. Funciona principalmente detectando la ganancia de energía.
Detectores infrarrojos
Un microbolómetro está adaptado para funcionar como un detector de infrarrojos en una cámara térmica, comúnmente conocida como cámara infrarroja orientada hacia adelante (FLIR). Este tipo de cámara funciona con el mismo principio que el instrumento tradicional y mide la radiación infrarroja con longitudes de onda entre 8 y 13 micrones. La resistencia eléctrica registrada por la cámara se traduce en temperaturas, que se utilizan para crear una imagen.
Uso en física de partículas
Una rama de la física conocida como física de partículas, que estudia los elementos básicos de la radiación, utiliza con frecuencia el término «bolómetro» en referencia a un instrumento conocido más formalmente como detector de partículas. El detector de partículas funciona según el mismo principio que el instrumento original de Langley y se utiliza para identificar partículas de alta energía. Los contadores de centelleo y los detectores de partículas del tipo de ionización gaseosa se utilizan típicamente con el fin de medir la energía asociada con la radiación y las características de las partículas.
Retrocesos y desventajas
Por más efectivas que puedan ser las herramientas de medición bolométrica, su uso también tiene algunas desventajas. En general, este tipo de instrumentos carecen de «propiedades discriminatorias», lo que significa que no diferencian entre partículas ionizadas y no ionizadas. Cuando se usa como detector térmico, el instrumento tampoco disipa directamente la energía recolectada por el absorbedor, lo que generalmente significa que no se reinicia inmediatamente.