Камера Вільсона – Методи спостереження і реєстрації заряджених частинок

ФІЗИКА

Частина 6 ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА І ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК

Розділ 17 ФІЗИКА АТОМНОГО ЯДРА

17.2. Методи спостереження і реєстрації заряджених частинок

Камера Вільсона

Історично першим трековим приладом, за допомогою якого безпосередньо спостерігали сліди окремих заряджених частинок та ядерні перетворення, була камера Вільсона, створена англійським фізиком Ч. Вільсоном (1912 р.).

Принцип дії камери Вільсона грунтується на здатності iонів бути центрами конденсації краплинок у пересиченій парі. Камера Вільсона має вигляд

герметично замкненого об’єму V (робочий об’єм), заповненого якимось газом, що не конденсується (повітря, водень, гелій, аргон, азот), і насичений парами деяких рідин, найчастіше парою суміші рідин (вода і спирт). У сучасних камерах, розрахованих для дослідження космічного випромінювання, робочий об’єм вимірюється сотнями і тисячами літрів. Для створення пересиченої пари в робочому об’ємі одна зі стінок робиться рухомою (у вигляді поршня або еластичної діафрагми). Адіабатичне розширення газу
до об’єму V2 спричинює зниження температури в робочому об’ємі до деякого значення, яке задовольняє умову (7.14):

 Камера Вільсона   Методи спостереження і реєстрації заряджених частинок

Де γ = Ср / СV – відношення теплоємностей основного газу (наявність невеликої кількості пари величину γ практично не змінює). При новому значенні температури Т пара стає пересиченою і перебуває в такому стані протягом деякого часу, який називають часом чутливості. Якщо за цей час через робочий об’єм камери пролетить заряджена частинка, то на своєму шляху вона йонізує атоми (молекули) газу. Утворені на шляху частинки йони стають центрами конденсації пересиченої пари, внаслідок чого цей шлях (трек) можна бачити. Схему камери Вільсона з поршневим пристроєм зображено на рис. 17.4. Для дослідження ядерних перетворень у певній речовині, а також для дослідження частинок високої енергії камеру Вільсона перегороджують пластинками з цієї речовини (або пластинками свинцю), які розташовані перпендикулярно до напряму руху частинки.

 Камера Вільсона   Методи спостереження і реєстрації заряджених частинок

Рис. 17.4

При дослідженні космічного випромінювання використовують камеру Вільсона, керовану лічильниками. Перед камерою та за нею ставлять лічильники, з’єднані за схемою збігів. При проходженні частинки через лічильники ці лічильники спрацьовують, і камера фіксує частинку, що пролетіла.

Для визначення знака електричного заряду, імпульсу і енергії частинки камеру Вільсона вміщують у магнітне поле. Вперше такий метод застосував при дослідженнях α-частинок та космічного випромінювання Д. В. Скобельцин (1927 р.).




Камера Вільсона – Методи спостереження і реєстрації заряджених частинок