烏龜

[拼音]：qipaoshi

[英文]：bubble chamber

一種高能粒子徑跡探測器，簡稱泡室。它是1952年美國人D.A.格拉澤發明的。它曾給高能物理實驗帶來許多重大的發現，如新粒子、共振態、弱中性流等等。(見彩圖)

工作原理

密閉容器中的工作液體在特定的溫度和壓力下進行絕熱膨脹時，可以在一定的時間間隔內（一般約50毫秒）處於過熱的亞穩狀態而不馬上沸騰。此時如果有高能帶電粒子通過，在粒子飛行路線上與液體中的原子碰撞而產生低能電子（δ射線）因而產生很多離子對，這些離子對在複合時引起局部發熱或熱針，從而形成胚胎氣泡。逐漸經過不短於0.3毫秒(一般為1毫秒)之後，氣泡長大，就可以對它進行照相。這時把這一連串氣泡拍攝下來，就得到了高能帶電粒子的徑跡底片。照相結束後，立即（在沸騰之前）再壓縮工作液體，使粒子徑跡氣泡消失，從而使整個系統回到原先的狀態，並進入下一個工作迴圈。

整個泡室裝置包括室本體及真空系統、壓縮－膨脹系統、安全系統、熱交換恆溫系統、照明及照相系統、控制系統。由於物理測量的要求，還需要有一個龐大的磁鐵系統（一般的常規磁鐵或超導磁體）。

低溫泡室

格拉澤早期的泡室是用有機液體作為工作物的小型泡室。後來由於物理實驗的需要，在工作液體和規模等方面都有了很大的發展。因為基本粒子與質子（氫核）的相互作用最簡單，容易得到明確的物理結果，所以研製出了液氫泡室。這在泡室技術和在物理上的應用都是極為關鍵的進步。氘核含有一個質子和一箇中子，為了研究粒子與中子的相互作用，還研製出了液氘泡室（後來用液氘充到氫泡室中也得液氘泡室）。由於氦原子核的自旋和同位旋都是零，這時研究與自旋及同位旋有關的過程相當重要，所以又研製成了液氦泡室。氫、氘和氦泡室的一個共同特點是，都需要很低的工作溫度（氫泡室的工作溫度為25～29K，氘泡室的工作溫度比氫泡室的約高5K，氦泡室的工作溫度最低，為3～4K），所以它們又稱為低溫泡室。這種泡室要求有低溫系統，所以技術難度較大。

重液泡室

有些物理實驗要求有效地記錄光子和儘可能增加靶物質的厚度（例如做中微子實驗就需要儘量多的靶物質），所以研製了一種重液泡室。這種泡室的工作液體通常是氟利昂及其混合物。這種泡室的工作溫度與室溫相近，不需要低溫系統。氫泡室和重液泡室在物理實驗上各有優缺點。氫泡室有提供純質子靶的優點，但是記錄γ光子及其他次級作用的效率較低，而重液泡室則正好相反。因此，後來研製了把兩者結合起來的具有稱為徑跡靈敏靶的泡室。它是把充有液氫或液氘的透明的塑料容器作為靶子放到一個充有液氖和液氫混合物的泡室裡同時進行膨脹，使得靶子內外部能對徑跡靈敏。

全息照相泡室

粲粒子發現以後，為了測量其極短的壽命(約10-13秒)，需要提高徑跡室的空間分辯率。所以，又研製了全息照相泡室。全息照相可以直接給出三維的記錄，它比普通照相有大得多的景深範圍，而且空間解析度高一個數量級。同時，它還可以使探測器系統小型化。

混合泡室

為了提高對加速器粒子束流的利用率及提高事例的積累速度，還研製了一種每秒可以迴圈十次以上的快迴圈泡室。由於產生胚胎氣泡的熱針在不到 1微秒的時間內就擴散掉了，所以到目前為止，還不可能做到由計數器觸發控制膨脹的泡室。但是，由於快電子學及線上計算機的快速發展，現在已經可能用閃爍計數器、切倫科夫計數器、多絲正比室、漂移室、穿越輻射探測器、光子探測器、量能器等電子學探測器組成的選擇觸發的邏輯系統對快迴圈泡室採用觸發選擇照相和協助記錄。這樣就大大提高了有用照片的比率和可進一步分析的記錄內容。這種以快迴圈泡室作為靶子及頂點探測器，在上、下游配有電子學探測器系統，稱為混合譜儀。

優缺點

泡室本身的優點是直觀、作用頂點（有時連衰變頂點）可見、有很好的多重效率、有效空間大和測量精度高等等。但是泡室也有缺點，例如收集和分析資料較慢，特別是掃描、測量照片（雖然在利用自動化劑量裝置的情況下）太費時間，體積不容易做得很大，因而不容易適應能量越來越高、要研究的作用截面越來越小、事例數要儘量多的實驗的要求。目前正在發展著全息泡室與電子學譜儀的結合。

參考書目

R.P.Shutt，ed.，Bubble and Spark Chamber，Vol.1，2，Academic Press，New York，1967.