Облачная камера
Камера Вильсона , также известная как камера Вильсона , представляет собой детектор частиц, используемый для визуализации прохождения ионизирующего излучения .
Камера Вильсона состоит из герметичной среды, содержащей перенасыщенный пар воды или спирта . Энергичная заряженная частица (например, альфа- или бета-частица ) взаимодействует с газовой смесью, выбивая электроны из молекул газа посредством электростатических сил во время столкновений, в результате чего остается след из ионизированных частиц газа. Образовавшиеся ионы действуют как центры конденсации .вокруг которого образуется туманообразный след из мелких капель, если газовая смесь находится в точке конденсации. Эти капли видны как «облачный» след, который сохраняется в течение нескольких секунд, пока капли падают через пар. Эти следы имеют характерные формы. Например, след альфа-частиц толстый и прямой, а след бета-частиц извилистый и показывает больше признаков отклонения в результате столкновений.
Камеры Вильсона играли заметную роль в экспериментальной физике элементарных частиц с 1920-х по 1950-е годы, до появления пузырьковой камеры . В частности, при открытии позитрона в 1932 г. (см. рис. 1) и мюона в 1936 г., оба Карлом Андерсоном (получившим Нобелевскую премию по физике в 1936 г.), использовались камеры Вильсона. Открытие каона Джорджем Рочестером и Клиффордом Чарльзом Батлером в 1947 году также было сделано с использованием камеры Вильсона в качестве детектора. [1] В каждом из этих случаев космические лучибыли источником ионизирующего излучения. Тем не менее, они также использовались с искусственными источниками частиц, например, в радиографии в рамках Манхэттенского проекта . [2]
Чарльзу Томсону Рису Уилсону (1869–1959), шотландскому физику , приписывают изобретение камеры Вильсона. Вдохновленный наблюдениями призрака Броккена во время работы на вершине Бен-Невиса в 1894 году, он начал разрабатывать расширительные камеры для изучения образования облаков и оптических явлений во влажном воздухе. Он очень быстро обнаружил, что ионы могут действовать как центры образования капель воды в таких камерах. Он продолжил применение этого открытия и усовершенствовал первую камеру Вильсона в 1911 году. В оригинальной камере Вильсона (см. рис. 2) воздух внутри герметичного устройства был насыщен водяным паром, затем использовалась диафрагма для расширения воздуха внутри камеры. ( адиабатическийрасширение), охлаждая воздух и начиная конденсировать водяной пар. Отсюда и название расширительная камера Вильсона . Когда ионизирующая частица проходит через камеру, водяной пар конденсируется на образующихся ионах, и след частицы виден в облаке пара. Уилсон получил половину Нобелевской премии по физике в 1927 году за работу над камерой Вильсона (в том же году, когда Артур Комптон получил половину премии за эффект Комптона ). [3] Этот тип камеры также называют импульсной камерой, потому что условия для работы не поддерживаются постоянно. Дальнейшие разработки были сделаны Патриком Блэкеттом .который использовал жесткую пружину, чтобы очень быстро расширять и сжимать камеру, делая камеру чувствительной к частицам несколько раз в секунду. Для записи изображений использовалась кинопленка .
Диффузионная камера Вильсона была разработана в 1936 году Александром Лангсдорфом . [4] Эта камера отличается от расширительной камеры Вильсона тем, что она постоянно чувствительна к излучению и тем, что дно должно охлаждаться до довольно низкой температуры, обычно ниже -26 ° C (-15 ° F). Вместо водяного пара используется спирт из-за его более низкой температуры замерзания . Камеры Вильсона, охлаждаемые сухим льдом или термоэлектрическим охлаждением на эффекте Пельтье, являются обычными демонстрационными устройствами и устройствами для любителей; спирт, используемый в них, обычно представляет собой изопропиловый спирт или денатурат .
