ом в 1912. Действие В. к. основано на явлении конденсации пересыщенного пара, т. e. на образовании мелких капелек жидкости на каких-либо центрах конденсации, например на ионах, образующихся вдоль следа быстрой заряженной частицы. Капельки достигают видимых размеров и могут быть сфотографированы. Исследуемые частицы могут либо испускаться помещаемым внутри камеры источником, либо попадать в камеру извне через прозрачное для них окно. В. к. обычно помещают в магнитное поле. Природу и свойства исследуемых частиц можно установить по величине пробега и импульса частиц. Величина импульса измеряется по искривлению следов частиц под действием магнитного поля.
Для исследования частиц с малой энергией камеры заполняют газом при давлении меньше атмосферного; для исследования частиц высоких энергий камеру наполняют газом до давлений в десятки атм. Широко варьируются размеры и форма камер, материалы их стенок. На рис. 1 и 2 приведены снимки ядерных процессов, наблюдавшихся при помощи В. к.
В. к. сыграла важную роль в изучении строения вещества. На протяжении нескольких десятилетий метод В. к. был практически единственным визуальным методом регистрации ядерных излучений. Однако в последние годы В. к. уступила место пузырьковым камерам (См. Пузырьковая камера) и искровым камерам (См. Искровая камера).
Лит.: Принципы и методы регистрации элементарных частиц, пер. с англ., М., 1963.
Е. М. Лейкин.
Рис. 1. Ядерная реакция 14 N (․α, р) 17 О, зарегистрированная в камере Вильсона. На снимке видны следы бомбардирующих ․α-частиц (линии, направленные снизу вверх), а также образующие вилку следы продуктов реакции - протона и ядра 17 О.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Вильсона камера" в других словарях:
Прибор для наблюдения следов (треков) заряж. ч ц. Основан на конденсации пересыщенного пара на ионах, образующихся вдоль траектории заряж. ч цы. Ч цы могут либо испускаться источником, помещённым внутри камеры, либо попадать в неё извне. Треки… … Физическая энциклопедия
Первый трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912. Действие Вильсона камеры основано на конденсации пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. В… … Большой Энциклопедический словарь
Первый трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912. Действие камеры Вильсона основано на конденсации пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы.… … Энциклопедический словарь
Камера Вильсона один из первых в истории приборов для регистрации следов (треков) заряженных частиц. Изобретена шотландским физиком Чарлзом Вильсоном между 1910 и 1912 гг. Принцип действия камеры использует явление конденсации перенасыщенного… … Википедия
Первый трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912. Действие В. к. осн. на конденсации пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах, возникающих вдоль следа (трека) заряж. частицы. В дальнейшем… … Естествознание. Энциклопедический словарь
- (туманная камера), прибор, служащий для идентификации заряженных частиц. Камера была изобретена в 1880 х гг. английским физиком Чарльзом Вильсоном с целью изучения атомной радиации и усовершенствовалась на протяжении нескольких десятилетий.… … Научно-технический энциклопедический словарь
- (позднелат. camera комната, келья) какая либо закрывающаяся комната либо замкнутое пространство либо устройство, важной частью которого является замкнутая полость: Камера кессон, изолированный от окружающего водоема герметичными… … Википедия
камера Вильсона - — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN Wilson chambercloud chamber … Справочник технического переводчика
Камера Вильсона. Камера Вильсона один из первых в истории приборов для регистрации следов заряженных частиц. Изобретена шотландским физиком Чарльзом Вильсоном 1912 г. Чарльзом Вильсоном1912Чарльзом Вильсоном1912 Камера Вильсона состоит из невысокого стеклянного цилиндра со стеклянной крышкой. Внутри цилиндра может двигаться поршень. На дне камеры находится черная ткань. Благодаря тому, что ткань увлажнена смесью воды со спиртом, воздух в камере насыщен парами этих жидкостей
Ядерная реакция 14N (×a, р) 17О, зарегистрированная в камере Вильсона. На снимке видны следы бомбардирующих ×a-частиц (линии, направленные снизу вверх), а также образующие вилку следы продуктов реакции протона и ядра 17О. Ядерная реакция 14N (×a, р) 17О, зарегистрированная в камере Вильсона. На снимке видны следы бомбардирующих ×a-частиц (линии, направленные снизу вверх), а также образующие вилку следы продуктов реакции протона и ядра 17О.
Вильсон установил! Вильсон установил. Что избыточная влага может конденсироваться не только на пылинках или других твердых частицах, но и на электрически заряженных атомах или молекулах газа, то есть на ионах. Это свойство ионов служить ядрами конденсации и использовал Вильсон для своего изобретения. Вильсон установил. Что избыточная влага может конденсироваться не только на пылинках или других твердых частицах, но и на электрически заряженных атомах или молекулах газа, то есть на ионах. Это свойство ионов служить ядрами конденсации и использовал Вильсон для своего изобретения. Вильсон установил, что влаге воздуха всегда нужно что - то, на чем она могла бы осесть. В воздухе ядрами конденсации для влаги являются крохотные пылинки. Если влажность воздуха слишком велика или если произошло внезапное охлаждение воздуха, то избыточная влага собирается на ядрах конденсации, и тогда образуется или туман, или дождь. Там, где в воздухе слишком много пыли, очень легко может возникать дождь или появляться туман. Если, конечно, в воздухе, кроме пыли, имеется еще достаточно много влаги. Вильсон установил, что влаге воздуха всегда нужно что - то, на чем она могла бы осесть. В воздухе ядрами конденсации для влаги являются крохотные пылинки. Если влажность воздуха слишком велика или если произошло внезапное охлаждение воздуха, то избыточная влага собирается на ядрах конденсации, и тогда образуется или туман, или дождь. Там, где в воздухе слишком много пыли, очень легко может возникать дождь или появляться туман. Если, конечно, в воздухе, кроме пыли, имеется еще достаточно много влаги.
Для регистрации альфа- и бета-частиц используют камеру Вильсона. Камера Вильсона - цилиндр со стеклянными боковыми стенками и крышкой, в котором перемещается поршень. Впускаемые в камеру через тонкое окошко частицы на своем пути ионизируют воздух. Образовавшиеся ионы становятся центрами конденсации перенасыщенного пара, и образованный на ионах по пути движения частиц туман от капелек сконденсированного пара позволяет при достаточно сильном освещении сфотографировать траектории частиц.
Камера Вильсона сыграла огромную роль в изучении строения вещества. На протяжении нескольких десятилетий она оставалась практически единственным инструментом для визуального исследования ядерных излучений. В 1927 году Вильсон получил за свое изобретение Нобелевскую премию по физике. Впоследствии камера Вильсона в качестве основного средства исследования радиации уступила место пузырьковым и искровым камерам Камера Вильсона сыграла огромную роль в изучении строения вещества. На протяжении нескольких десятилетий она оставалась практически единственным инструментом для визуального исследования ядерных излучений. В 1927 году Вильсон получил за свое изобретение Нобелевскую премию по физике. Впоследствии камера Вильсона в качестве основного средства исследования радиации уступила место пузырьковым и искровым камерам1927 годуВильсонНобелевскую премию по физикепузырьковымискровым камерам1927 годуВильсонНобелевскую премию по физикепузырьковымискровым камерам
Это удивительное и относительно простое устройство представляет собой один из самых ранних способов детектирования треков заряженных субатомных частиц и, соответственно, приборов для исследования радиации. Удивительна она тем, что объект микромира (альфа-частица, или даже электрон) способен оставить видимый невооружённым глазом след в макромире. Этакий мост между в норме плохо пересекающимися областями реальности.
Принцип действия туманной камеры достаточно несложен для понимания. Переохлаждённый пар летучего вещества, желательно с низкой температурой плавления (традиционно используется спирт, ацетон или нечто подобное), образующийся над охлаждённой до нужной температуры поверхностью, конденсируется на ионах, оставляемых высокоэнергетической заряженной частицей, которая в результате оставляет туманный след (трек). Камера Вильсона, в отличие от туманной, работает за счёт адиабатического расширения пара, без принудительного охлаждения рабочего тела.
Есть несколько способов сделать туманную камеру дома, без применения сложных криогенных установок, герметичных камер и тому подобного. В целом они сводятся к двум: с использованием холодных расходных материалов (сухой лёд или жидкий азот) или термоэлектрическим способом при помощи элементов Пельтье. Напомню, что элемент Пельтье это такая плоская квадратная штука, которая, при подаче на неё определённых тока и напряжения, начинает греться с одной стороны и охлаждаться с другой, достигая разницы температур в 50-70 градусов (разные Пельтье в зависимости от условий работы и качества изготовления работают по-разному).
Поскольку сухой лёд мне искать было лень, а жидкий азот потребовал бы довольно кропотливой дозировки для достижения нужного диапазона температур, выбраны были Пельтье. В свою очередь, с ними имеются два способа достижения нужных температур в -50 — -70*С. Самый простой — соединение двух элементов последовательно, когда один из элементов посажен на радиатор горячей стороной, а холодной стороной охлаждает горячую сторону второго. При использовании водяного охлаждения этот метод довольно успешно работает, но я бы не рекомендовал его кроме как для первичной пробы сил: слишком нестабильны эффекты туманной камеры. Другой способ — это качественное охлаждение радиатора, и использование одиночного элемента Пельтье. Если охладить его горячую сторону ниже нуля по Цельсию, например, при помощи фреонового холодильника, то на холодной стороне будут достигнуты искомые -60*. Собственно, такое решение и было применено.
Конструктивно сама туманная камера — это просто прозрачный корпус с подвешенным источником паров чистого спирта (чистота довольно критична) — смоченной в нём тряпочкой. Внизу корпуса расположен покрашенный чёрной краской элемент Пельтье на фреоново охлаждаемом радиаторе (конструкция фреонового холодильника — тема для другой записи). Около Пельтье или рядом с ним распологается источник альфа-частиц (в данном случае — Pu-239 из радиоизотопного детектора дыма). После охлаждения системы до рабочей температуры, при боковой подсветке поверхности Пельте становятся видны треки от альфа-частиц. Лучшая видимость достигается при подсветке лазером, разложенным в линию специальной насадкой, как и было сделано здесь: такая подсветка не освещает поверхность Пельтье, но освещает туманные треки, что делает их очень контрастными и хорошо заметными. Но обычный фонарик тоже вполне работает.
Для качественной работы камеры очень желательно поставить неподалёку от рабочей зоны источник статического электричества (или просто микромощный высоковольтный постоянный источник киловольт на 10-20). Он собирает избыточные ионы из камеры, позволяя образовываться новым частицам.
Каждый трек соответствует строго одной частице. Не все частицы их оставляют, но каждый оставленный — несомненный след пролёта.
Такая вот забавная игрушка, связь между миром элементарных частиц и макромиром.
Этот прибор был сконструирован в 1911 г. английским физиком Ч.Вильсоном. Он основан на способности быстро летящих частиц ионизировать молекулы вещества, находящегося в парообразном состоянии.
Схема камеры Вильсона изображена на рис. 22.2.
Рабочий объем камеры 1 заполнен воздухом или другим газом и содержит в себе насыщенный пар воды или спирта. При быстром передвижении поршня 2 вниз пар или газ в объеме 1 адиабатно расширяется и охлаждается, при этом пар становится перенасыщенным. Когда через объем камеры пролетает заряженная частица, то на своем пути она создает ионы, на которых при расширении объема 1 образуются капельки сконденсировавшегося пара. Таким образом, частица оставляет за собой видимый след (трек) в виде узкой полоски тумана. Этот трек можно наблюдать или сфотографировать.
Альфа-частицы
вызывают сильную ионизацию газа и
поэтому оставляют в камере Вильсона
жирные следы. Бета-частицы после себя
оставляют очень тонкие треки (рис. 22.3).
Гамма-кванты могут быть обнаружены с помощью камеры Вильсона по фотоэлектронам, которые они выбивают из молекул газа, заполняющего рабочий объем камеры.
Камеру Вильсона часто помещают в сильное магнитное поле, что позволяет по искривлению треков частиц определять их энергию и знак заряда, а по толщине треков - заряд и массу частиц.
Газоразрядные счетчики
В исследованиях по ядерной физике часто используют счетчики заряженных частиц, которые служат для регистрации отдельных частиц. Рассмотрим принцип действия одного из видов счетчиков - пропорционального
(рис. 22.4).
Счетчик состоит из наполненного газом цилиндра 1, в который введены два электрода: анод 3 представляет собой тонкую металлическую нить, оба ее конца укреплены на изоляторах. Катод 2 выполнен в виде токопроводящего металлического слоя, нанесенного на внутреннюю поверхность цилиндра.
Между катодом и анодом прикладывается напряжение порядка нескольких сотен вольт, вследствие чего внутри счетчика создается электрическое поле. При попадании в счетчик частица ионизует молекулы газа и в электрическом поле между катодом и анодом возникает направленное движение ионов, т. е. происходит газовый разряд. Разрядный ток создает большое падение напряжения на сопротивлении R н , и напряжение между электродами сильно уменьшается, поэтому разряд прекращается. После прекращения тока между катодом и анодом вновь восстанавливается большое напряжение и счетчик готов к регистрации, следующей частицы. Импульс напряжения, возникающий на сопротивлении R н , усиливается и регистрируется специальным счетным устройством. Пропорциональными счетчики называют потому, что сила тока газового разряда, возникающего после прохождения ионизирующей частицы, пропорциональна числу образованных ею ионов.
Одна из разновидностей пропорциональных счетчиков была предложена Э. Резерфордом и Г.Гейгером в 1908 г. Впоследствии в 1928 г. счетчик был усовершенствован Э. Мюллером и получил название счетчика Гейгера-Мюллера.
Радиоактивность - это испускание ядрами некоторых элементов различных частиц, сопровождающееся переходом ядра в другое состояние и изменением его параметров .
Явление радиоактивности было открыто опытным путем французским ученым Анри Беккерелем в 1896 г. для солей урана. Беккерель заметил, что соли урана, засвечивают завернутую во много слоев фотобумагу невидимым проникающим излучением.
Атомным прибором огромной важности явилась ионизационная камера, сконструированная английским физиком . Это знаменитое изобретение принесло Вильсону Нобелевскую премию 1937 г., а созданная им камера Вильсона навсегда увековечила имя своего создателя. Камера возникла из наблюдения, сделанного в 1897 г., заключающегося в том, что ионы являются центрами конденсации водяных паров. Основываясь на этом наблюдении, Г. А. Вильсон предложил метод определения заряда электрона, из которого, как мы видели, развились методы Милликена. Статья Чарлза Томаса Риса Вильсона , описывающая это наблюдение, называлась "Конденсация водяного пара в присутствии обеспыленного воздуха и других газов". В истории лаборатории Кавендиша, вышедшей в 1910 г., Д. Д. Томсон , бывший в это время руководителем лаборатории, писал об открытии Вильсона: "Мы должны теперь рассмотреть замечательную серию исследований Ч. Т. Р. Вильсона об условиях конденсации воды в обеспыленных газах, насыщенных водяным паром. Эти исследования не только значительно увеличили наши знания по исследуемой проблеме, но и открыли новый и поразительный метод исследования свойств ионизационного газа".
Томсон был прав, назвав новый метод "поразительным", однако вряд ли он в то время, когда писал эти строки, представлял себе все могущество этого метода. В работах 1897 г. Вильсон показал, что центрами конденсации в обеспыленном воздухе являются ионы, производимые рентгеновскими или беккерелевыми лучами. При этом для образования капель на отрицательных ионах требовалось внезапное расширение до 1,252 первоначального объема, для образования же капель на положительных ионах требовалось расширение до 1,375 первоначального объема. Через год-два после того, как Томсон написал выше процитированные строки, Вильсон сделал сообщение (1911), в котором описал "метод обнаружения путей ионизирующих частиц во влажных газах, основанный на конденсации пара на ионах, непосредственно после образования этих ионов".
Первые результаты не удовлетворили Вильсона и в 1912 г. он окончательно нашел конструкцию прибора, получившего позже название камеры Вильсона.
Приведем первые вильсоновские фотографии с его пояснениями.
"Эти рисунки представляют собою снимки с фотографий облачков, конденсировавшихся на ионах, которые освобождаются при прохождении лучей разного рода сквозь влажный газ. В последующем 1 обозначает плотность воздуха перед расширением (по отношению к насыщенному водяным паром воздуху при 15° С и 760 мм рт. ст. ), 2 - плотность после расширения, v 2 / v 1 - величину расширения, V - разность потенциалов между крышкой и дном ионизационной камеры в вольтах, М - увеличение фотографического аппарата. Во всех случаях крышка камеры была положительна, так что отрицательные ионы двигались вверх, положительные же - вниз.
Ионизация α-лучами.
Ось фотографической камеры вертикальна; горизонтальный слой глубиной в 2 см освещается ртутной искрой.
Рис. 1 (табл. I). α-лучи радия. Одни из α-частиц прошли сквозь воздух до расширения, другие - после него.
1 = 0,98, v 2 / v 1 = 1,36, 2 = 0,72, V = 40 в, М = 1 / 2,18 .
Рис. 2 (табл. I). α-лучи радия. Все α-частицы прошли сквозь воздух после расширения.
1 = 0,97, v 2 / v 1 = 1,33, 2 = 0,73, V = 40 в, М = 1,05.
Рис. 3 (табл. I). α-лучи радия. Увеличение части рис. 2.
1 = 0,97, v 2 / v 1 = 1,33, 2 = 0,73, V = 40 в, М = 2,57.
Рис. 4 (табл. I). α-лучи радиевой эманации и активного осадка.
1 = 1,00, v 2 / v 1 = 1,36, 2 = 0,74, V = 40 в, М = 1 / 124 .
Рис. 5 (табл. I). Полный путь α-частицы, выброшенной радиевой эманацией.