बोलोमीटर

एक बोलोमीटर तापमान-निर्भर विद्युत प्रतिरोध वाली सामग्री के माध्यम से उज्ज्वल गर्मी को मापने के लिए उपकरण है। इसका आविष्कार 1878 में अमेरिकी खगोलशास्त्री सैमुअल पियरपॉन्ट लैंगली ने किया था।

संचालन का सिद्धांत
बोलोमीटर में अवशोषण तत्व होता है, जैसे धातु की पतली परत, थर्मल लिंक के माध्यम से थर्मल जलाशय (स्थिर तापमान का शरीर) से जुड़ा होता है। इसका परिणाम यह होता है कि अवशोषण तत्व पर पड़ने वाली कोई भी विकिरण इसके तापमान को जलाशय के ऊपर बढ़ा देता है - अवशोषित शक्ति जितनी अधिक होती है तापमान उतना ही अधिक होता है। आंतरिक तापीय समय स्थिरांक, जो संसूचक की गति को निर्धारित करता है, वह अवशोषक तत्व की ऊष्मा क्षमता के अनुपात के बराबर होता है, जो अवशोषक तत्व और जलाशय के बीच तापीय चालकता के अनुपात के बराबर होता है। तापमान परिवर्तन को सीधे संलग्न प्रतिरोधक थर्मामीटर से मापा जा सकता है, या अवशोषक तत्व के प्रतिरोध को थर्मामीटर के रूप में उपयोग किया जा सकता है। धातु के बोलोमीटर सामान्यतः बिना ठंडा किए काम करते हैं। वे पतली पन्नी या धातु की फिल्मों से निर्मित होते हैं। आज, अधिकांश बोलोमीटर धातुओं के अतिरिक्त अर्द्धचालक या अतिचालक अवशोषक तत्वों का उपयोग करते हैं। इन उपकरणों को क्रायोजेनिक कण डिटेक्टरों के तापमान पर संचालित किया जा सकता है, जिससे बहुत अधिक संवेदनशीलता प्राप्त होती है।

अवशोषक के अंदर छोड़ी गई ऊर्जा के लिए बोलोमीटर सीधे संवेदनशील होते हैं। इस कारण से उनका उपयोग न केवल आयनकारी कणों और फोटोन के लिए किया जा सकता है, किन्तु गैर-आयनीकरण कणों, किसी भी प्रकार के विकिरण, और यहां तक ​​कि द्रव्यमान या ऊर्जा के अज्ञात रूपों (जैसे गहरे द्रव्य) की खोज के लिए भी किया जा सकता है; भेदभाव की यह कमी हो सकती है। सबसे संवेदनशील बोलोमीटर रीसेट करने में बहुत धीमे होते हैं (अर्थात्, पर्यावरण के साथ थर्मल संतुलन पर लौटते हैं)। दूसरी ओर, अधिक परंपरागत कण डिटेक्टरों की तुलना में, वे ऊर्जा संकल्प और संवेदनशीलता में अधिक कुशल हैं। उन्हें थर्मल डिटेक्टर के रूप में भी जाना जाता है।

लैंगली का बोलोमीटर
लैंगली द्वारा बनाए गए पहले बोलोमीटर में दो इस्पात, प्लैटिनम, या पैलेडियम पन्नी की पट्टियां थी जो लैम्पब्लैक से ढके हुए थे। पट्टी विकिरण से परिरक्षित थी और इसके संपर्क में थी। स्ट्रिप्स ने व्हीटस्टोन ब्रिज की दो शाखाओं का निर्माण किया जो संवेदनशील बिजली की शक्ति नापने का यंत्र के साथ लगाया गया था और बैटरी से जुड़ा था। उजागर पट्टी पर गिरने वाला विद्युत चुम्बकीय विकिरण इसे गर्म करेगा और इसके प्रतिरोध को बदल देगा। 1880 तक, लैंगली के बोलोमीटर को चौथाई मील दूर गाय से थर्मल विकिरण का पता लगाने के लिए पर्याप्त रूप से परिष्कृत किया गया था। यह रेडिएंट-हीट डिटेक्टर डिग्री सेल्सियस (0.00001 सी) के लाखवें हिस्से के तापमान में अंतर के प्रति संवेदनशील है। इस उपकरण ने उन्हें सभी प्रमुख फ्राउनहोफर लाइनों को ध्यान में रखते हुए विस्तृत स्पेक्ट्रम में थर्मल रूप से पता लगाने में सक्षम बनाया। उन्होंने इलेक्ट्रोमैग्नेटिक स्पेक्ट्रम के अदृश्य अवरक्त हिस्से में नई परमाणु और आणविक अवशोषण लाइनों की भी खोज की। निकोला टेस्ला ने व्यक्तिगत रूप से डॉ. लैंगली से पूछा कि क्या वह 1892 में अपने विद्युत संचरण प्रयोगों के लिए अपने बोलोमीटर का उपयोग कर सकते हैं। उस पहले प्रयोग के लिए धन्यवाद, वह ह्यूस्टन स्ट्रीट पर वेस्ट प्वाइंट और उनकी प्रयोगशाला के बीच पहला प्रदर्शन करने में सफल रहे।

खगोल विज्ञान में अनुप्रयोग
चूंकि बोलोमीटर का उपयोग किसी भी आवृत्ति के विकिरण को मापने के लिए किया जा सकता है, अधिकांश तरंग दैर्ध्य श्रेणियों के लिए पता लगाने के अन्य विधियाँ हैं जो अधिक संवेदनशील होते हैं। उप-मिलीमीटर तरंग दैर्ध्य के माध्यम से मिलीमीटर तरंग दैर्ध्य (लगभग 200 माइक्रोमीटर से कुछ मिमी तरंग दैर्ध्य, जिसे दूर-अवरक्त, टेराहर्ट्ज़ विकिरण के रूप में भी जाना जाता है) बोलोमीटर सबसे संवेदनशील उपलब्ध डिटेक्टरों में से एक हैं, और इसलिए इन तरंग दैर्ध्य खगोल विज्ञान के लिए उपयोग किया जाता है। सर्वोत्तम संवेदनशीलता प्राप्त करने के लिए, उन्हें परम शून्य (सामान्यतः 50 mK ​​से 300 mK) से ऊपर डिग्री के अंश तक ठंडा किया जाना चाहिए। सबमिलीमीटर खगोल विज्ञान में नियोजित बोलोमीटर के उल्लेखनीय उदाहरणों में हर्शल अंतरिक्ष वेधशाला, जेम्स क्लर्क मैक्सवेल टेलीस्कोप और इन्फ्रारेड एस्ट्रोनॉमी (सोफिया) के लिए स्ट्रैटोस्फेरिक ऑब्जर्वेटरी सम्मिलित हैं। मिलीमीटर-तरंगदैर्घ्य खगोल विज्ञान में नियोजित बोलोमीटर के नवीनतम उदाहरण अटाकामा ब्रह्मांड विज्ञान टेलीस्कोप, बीआईसीईपी और केक ऐरे, दक्षिण ध्रुव टेलीस्कोप एसपीटी-3जी और एचएफआई कैमरा प्लैंक (अंतरिक्ष यान) पर, साथ ही नियोजित सिमंस वेधशाला, सीएमबी-एस4 प्रयोग, और लाइटबर्ड उपग्रह हैं।

कण भौतिकी में अनुप्रयोग
बोलोमीटर शब्द का उपयोग कण भौतिकी में अपरंपरागत कण डिटेक्टर को नामित करने के लिए भी किया जाता है। वे ऊपर वर्णित समान सिद्धांत का उपयोग करते हैं। बोलोमीटर न केवल प्रकाश किन्तु ऊर्जा के प्रत्येक रूप के प्रति संवेदनशील होते हैं।

ऑपरेटिंग सिद्धांत ऊष्मप्रवैगिकी में कैलोरीमीटर के समान है। चूंकि, सन्निकटन, क्रायोजेनिक और डिवाइस के अलग-अलग उद्देश्य परिचालन उपयोग को अलग-अलग बनाते हैं। उच्च ऊर्जा भौतिकी के शब्दजाल में, इन उपकरणों को कैलोरीमीटर नहीं कहा जाता है, क्योंकि यह शब्द पहले से ही अलग प्रकार के डिटेक्टर के लिए उपयोग किया जाता है (कैलोरीमीटर (कण भौतिकी) देखें)। कण डिटेक्टरों के रूप में उनका उपयोग 20 वीं शताब्दी के प्रारंभ से प्रस्तावित किया गया था, किन्तु क्रायोजेनिक तापमान पर एक प्रणाली को ठंडा करने और संचालित करने से जुड़ी कठिनाई के कारण पहला नियमित चूंकि अग्रणी उपयोग केवल 1980 के दशक में था। उन्हें अभी भी विकासात्मक अवस्था में माना जा सकता है।

माइक्रोबोलोमीटर
माइक्रोबोलोमीटर विशिष्ट प्रकार का बोलोमीटर है जिसका उपयोग थर्मल कैमरा में डिटेक्टर के रूप में किया जाता है। यह सिलिकॉन के संगत ग्रिड के ऊपर वैनेडियम (V) ऑक्साइड या अनाकार सिलिकॉन हीट सेंसर का ग्रिड है। तरंग दैर्ध्य की विशिष्ट श्रेणी से इन्फ्रारेड विकिरण वैनेडियम (वी) ऑक्साइड या अनाकार सिलिकॉन पर हमला करता है, और इसके विद्युत प्रतिरोध को बदल देता है। इस प्रतिरोध परिवर्तन को मापा जाता है और तापमान में संसाधित किया जाता है जिसे ग्राफिकल रूप से प्रदर्शित किया जा सकता है। माइक्रोबोलोमीटर ग्रिड सामान्यतः तीन आकारों, 640 × 480 सरणी, 320 × 240 सरणी (384 × 288 अनाकार सिलिकॉन) या कम खर्चीला 160 × 120 सरणी में पाया जाता है। अलग-अलग सरणियाँ ही रिज़ॉल्यूशन प्रदान करती हैं जिसमें बड़ी सरणी देखने का विस्तृत क्षेत्र प्रदान करती है। 2008 में बड़े, 1024 × 768 सरणियों की घोषणा की गई।

गर्म इलेक्ट्रॉन बोलोमीटर
गर्म इलेक्ट्रॉन बोलोमीटर (एचईबी) क्रायोजेनिक तापमान पर सामान्यतः पूर्ण शून्य के कुछ डिग्री के अन्दर संचालित होता है। इतने कम तापमान पर, धातु में इलेक्ट्रॉन प्रणाली फोनॉन प्रणाली से कमजोर रूप से युग्मित होती है। इलेक्ट्रॉन प्रणाली से जुड़ी शक्ति इसे फोनन प्रणाली के साथ थर्मल संतुलन से बाहर निकालती है, जिससे गर्म इलेक्ट्रॉन बनते हैं। धातु में फोनोन सामान्यतः फोनोन को सब्सट्रेट करने के लिए अच्छी तरह से युग्मित होते हैं और थर्मल जलाशय के रूप में कार्य करते हैं। एचईबी के प्रदर्शन का वर्णन करने में, प्रासंगिक ताप क्षमता इलेक्ट्रॉनिक ताप क्षमता है और प्रासंगिक तापीय चालकता इलेक्ट्रॉन-फोनन तापीय चालकता है।

यदि अवशोषित तत्व का विद्युत प्रतिरोध इलेक्ट्रॉन तापमान पर निर्भर करता है, तो प्रतिरोध का उपयोग इलेक्ट्रॉन प्रणाली के थर्मामीटर के रूप में किया जा सकता है। कम तापमान पर अर्द्धचालक और अतिचालक सामग्री दोनों के लिए यही स्थिति है। यदि अवशोषित तत्व में तापमान पर निर्भर प्रतिरोध नहीं होता है, जैसा कि बहुत कम तापमान पर सामान्य (गैर-अतिचालक) धातुओं की विशेषता है, तो इलेक्ट्रॉन तापमान को मापने के लिए संलग्न प्रतिरोधक थर्मामीटर का उपयोग किया जा सकता है।

माइक्रोवेव माप
माइक्रोवेव आवृत्तियों पर शक्ति को मापने के लिए बोलोमीटर का उपयोग किया जा सकता है। इस एप्लिकेशन में, प्रतिरोधी तत्व माइक्रोवेव पावर के संपर्क में आता है। जूल हीटिंग के माध्यम से इसके तापमान को बढ़ाने के लिए प्रतिरोधक पर डीसी बायस करंट लगाया जाता है, जैसे कि प्रतिरोध वेवगाइड विशेषता प्रतिबाधा से मेल खाने वाला प्रतिबाधा है। माइक्रोवेव शक्ति को प्रायुक्त करने के बाद, माइक्रोवेव शक्ति के अभाव में बोलोमीटर को इसके प्रतिरोध में वापस करने के लिए बायस धारा को कम किया जाता है। डीसी शक्ति में परिवर्तन तब अवशोषित माइक्रोवेव शक्ति के बराबर होता है। परिवेश के तापमान में परिवर्तन के प्रभाव को अस्वीकार करने के लिए, सक्रिय (मापने वाला) तत्व व्हीटस्टोन ब्रिज में समान तत्व के साथ होता है जो माइक्रोवेव के संपर्क में नहीं आता है; तापमान में भिन्नता दोनों तत्वों के लिए आम है, पढ़ने की शुद्धता को प्रभावित नहीं करती है। बोलोमीटर का औसत प्रतिक्रिया समय स्पंदित स्रोत की शक्ति के सुविधाजनक माप की अनुमति देता है।

2020 में, दो समूहों ने एकल-फोटॉन स्तर पर माइक्रोवेव का पता लगाने में सक्षम ग्राफीन-आधारित सामग्रियों पर आधारित माइक्रोवेव बोलोमीटर की सूचना दिया था।

यह भी देखें

 * थर्मोकपल
 * जगमगाता बोलोमीटर
 * उष्णता के कारण वस्तुओं का प्रसार नापने का यंत्र
 * रेडियोमीटर
 * टैसीमीटर
 * thermistor
 * पायरेलियोमीटर
 * साँपों में इन्फ्रारेड संवेदन गड्ढे वाले अंग की संरचना और कार्य में बोलोमीटर के समान समानता होती है।

बाहरी संबंध

 * Introduction to bolometers (Richards group, Dept. of Physics, UC Berkeley)
 * NASA on the history of the bolometer
 * Langley's own words on the bolometer and its use