W 1912 roku szkocki naukowiec Charles Wilson wynalazł instrument niezbędny do samodzielnego rejestrowania śladów naładowanych cząstek. Wynalezienie aparatu dało Wilsonowi szansę na otrzymanie w 1927 roku najwyższego wyróżnienia w dziedzinie fizyki – Nagrody Nobla.

Struktura urządzenia

Kamera przeciwmgielna za komorę mgłową uważa się mały pojemnik z pokrywką wykonaną z materiału takiego jak szkło, na samym dnie komory znajduje się tłok.

Urządzenie jest napełnione z powodu wlot pary nasyconej eter, alkohol lub zwykła woda, najpierw są one oczyszczane z kurzu i umieszczane w nim: jest to konieczne, aby cząstki podczas lotu nie zostały zatrzymane przez centra kondensacji znajdujące się w cząsteczkach wody.

Po napełnieniu komory parą tłok opuszcza się, po czym na skutek wystąpienia adiabatycznego rozprężania następuje gwałtowne ochłodzenie pary, która ulega przesyceniu. Naładowane cząstki, przechodząc przez całą pojemność komory, pozostawiają po sobie ślad łańcuchów jonowych. Para z kolei skrapla się na jonach, pozostawiając ślady – ślady cząstek.

Zasada działania urządzenia

Ze względu na fakt, że w badanej przestrzeni okresowo występuje przesycenie parami różnych ośrodków kondensacji(jony towarzyszące śladowi szybko poruszającej się cząstki), pojawiają się na nich drobne kropelki cieczy. Objętość tych kropli z czasem wzrasta, a jednocześnie staje się możliwe ich utrwalenie poprzez fotografowanie.

Źródło badanego materiału znajduje się w komorze lub bezpośrednio na zewnątrz. W przypadku, gdy znajduje się ona na zewnątrz komory, cząsteczki mogą przedostać się do znajdującego się na niej małego przezroczystego okienka. Czułość urządzenia w zależności od przedziału czasowego może wahać się od 0,01 ułamka sekundy do 2 – 3 sekund, czas ten jest niezbędny do pożądanego przesycenia kondensacji jonów.

Natychmiast po tym oczyścić objętość roboczą komory ma to na celu przywrócenie jej wrażliwości. Komora Wilsona działa wyłącznie w trybie cyklicznym. Jeden pełny cykl trwa w przybliżeniu minutę.

Przesunięcie komory mgłowej w pole magnetyczne może spowodować kilkukrotne zwiększenie jej osobistych możliwości. Dzieje się tak dlatego, że ośrodek taki ma zdolność zaginania toru lotu naładowanych cząstek, co z kolei wyznacza ich pęd wraz ze znakiem ładunku.

Najbardziej znane zastosowania urządzenia

Korzystając z komory chmurowej w 1932 roku, fizyk eksperymentalny ze Stanów Zjednoczonych Carl David Anderson był w stanie określić zawartość pozytonów w promieniach kosmicznych.

Pierwszymi, którzy wpadli na pomysł umieszczenia komory mgłowej w rejonie najsilniejszego pola magnetycznego, byli sowieccy fizycy D.V. Skobeltsin i P.L. Kapitsa, co z wielkim sukcesem zrobili w 1927 roku, 15 lat po stworzeniu słynnego urządzenia. Radzieccy badacze określili wraz z impulsami znaki ładunków i takie ilościowe cechy cząstek, jak masa i prędkość, co stało się rewelacyjnym przełomem w radzieckiej fizyce w skali światowej.

Konwersja urządzenia

W roku 1948 nastąpił przełom w dziedzinie fizyki ulepszenie aparatu Wilsona, autorem podobnego opracowania był angielski fizyk Patrick Blackett, który za swój wynalazek otrzymał Nagrodę Nobla. Naukowiec stworzył kontrolowaną wersję komory mgłowej. Zainstalował w urządzeniu specjalne liczniki, które rejestruje sama kamera, a oni sami „uruchamiają” kamerę, aby obserwować tego rodzaju działania.

Nowa, ulepszona komora Wilsona, pracująca w podobnym trybie, staje się bardziej aktywna i zauważalny jest wzrost jej wydajności.

Sterowanie komorą mgłową, stworzoną przez Blacketta, pomaga zapewnić dużą prędkość w obszarze ekspansji ośrodka gazowego, dzięki czemu kamera może monitorować sygnał z zewnętrznych liczników i dalej na niego reagować .

Wilson doczekał się transformacji swojego pomysłu, nazwał eksperyment sukcesem i uznał znaczenie wykorzystania wersji urządzenia przedstawionej przez Patricka Blacketta.

Wartość urządzenia

Komora Wilsona stała się urządzeniem wyjątkowym na pierwszą połowę XX wieku, podnoszącym prestiż fizyki w całym świecie naukowym. Umożliwiło to fizykom śledzenie śladów naładowanych cząstek i zaprezentowanie tego odkrycia opinii publicznej.

plusy

• Komora chmurowa była pierwszym instrumentem na świecie, który mógł śledzić ślady naładowanych cząstek.
• Urządzenie to z powodzeniem stosowane jest w polu magnetycznym.
• Komora chmurowa odegrała ważną rolę w badaniu struktury ogromnej liczby substancji (rubid i tak dalej).
• Korzystając z komory mgłowej, fizycy byli w stanie badać promieniowanie jądrowe i promienie kosmiczne.

Minusy

• Biorąc pod uwagę wzrost ciśnienia w komorze, jednocześnie zwiększa się okres czasu wymagany do pomiaru nieczułości urządzenia, który fizycy nazywają czasem martwym.
• Działanie komory mgłowej wymaga ciśnienia od 0,1 do 2 atmosfer; w przypadku pojawienia się wyższego ciśnienia, obsługa urządzenia staje się utrudniona, co jest bezpośrednio związane z zaparowaniem szyby komory;
• Kamera nie pozwala na pełną automatyzację danych.

Komora Wilsona.

Komorę Wilsona (ryc. 38.1) wynalazł szkocki fizyk Charles Wilson w latach 1910–1912. i był jednym z pierwszych instrumentów do rejestracji naładowanych cząstek. Działanie kamery opiera się na właściwości kondensacji kropelek wody na jonach powstających wzdłuż toru (śladu) cząstki. Pojawienie się komory chmurowej nie tylko umożliwiło dostrzeżenie śladów cząstek, ale także umożliwiło „rozpoznanie” tych cząstek (ładunek, energia), a także dostarczyło wielu nowych materiałów, które posłużyły za podstawę do kilka ważnych odkryć.

Rysunek 38.1.

Zasada działania komory chmurowej jest dość prosta. Wiadomo, że jeśli ciśnienie cząstkowe pary wodnej przekroczy jej ciśnienie nasycenia w danej temperaturze, może powstać mgła i rosa. Wskaźnik przesycenia S jest stosunkiem ciśnienia cząstkowego do ciśnienia nasycenia w danej temperaturze. Do spontanicznej kondensacji pary w czystym powietrzu wymagane są wysokie współczynniki przesycenia ( S~ 10), ale jeśli w powietrzu znajdują się obce cząstki, które mogą służyć jako centra kondensacji, wówczas tworzenie mikrokropelek może rozpocząć się przy niższych wartościach S.

Cząstki powstałe podczas rozpadu promieniotwórczego mają wystarczającą energię, aby zjonizować dużą liczbę cząsteczek gazu tworzących ośrodek. Jony powstające podczas przejścia cząstek skutecznie przyciągają cząsteczki wody ze względu na asymetrię rozkładu ładunku w tych cząsteczkach. Zatem cząstka uwolniona podczas rozpadu radioaktywnego, przelatująca przez ośrodek przesycony, powinna pozostawić po sobie ślad kropelek wody. Można go zobaczyć i sfotografować na kliszy fotograficznej w komorze chmurowej.

Komora chmurowa to cylinder wypełniony alkoholem i parą wodną. Komora posiada tłok, po szybkim opuszczeniu w wyniku rozprężania adiabatycznego temperatura spada, a pary nabywają zdolność do łatwej kondensacji (wskaźnik przesycenia 1< S< 10). Влетающие через отверстие в камере частицы вызывают ионизацию молекул среды, то есть появление туманного следа – трека частицы. Вследствие того, что частицы обладают разными энергиями, размерами и зарядами, треки от различных частиц выглядят по-разному. Например, трек электрона выглядит тоньше и прерывистей, чем трек, полученный при пролете значительно более массивной альфа-частицы.

Promieniowanie tła, zawsze obecne w atmosferze, pozostaje niewidoczne. Naturalnymi źródłami promieniowania są promienie kosmiczne, rozpad radioaktywny pierwiastków skalnych, a nawet rozpad radioaktywny pierwiastków w organizmach żywych. Przyrząd, komora chmurowa, jest stosunkowo prostym urządzeniem pozwalającym obserwować i rejestrować przejście promieniowania jonizującego. Zasadniczo urządzenie pozwala na pośrednią obserwację emisji promieniowania w granicach środowiska. Projekt otrzymał nazwę komory chmurowej na cześć swojego wynalazcy, szkockiego fizyka Charlesa Thomsona Rhysa Wilsona.

Badania prowadzone na początku XX wieku przy udziale Komory Chmurnej zakończyły się odkryciem cząstek elementarnych:

• Pozyton
• Neutron
• Mion
• Kaon (K-mezon)

Istnieją różne typy kamer chmurowych. Urządzenie typu dyfuzyjnego jest łatwiejsze do wykonania w domu niż inne typy. Konstrukcja typu dyfuzyjnego zawiera szczelny pojemnik, którego górna część jest podgrzewana, a dolna część chłodzona.

Urządzenie Wilsona w oryginalnej konstrukcji. Konstrukcja bardzo prosta, a ile cudownych odkryć dokonano dzięki temu urządzeniu

Chmura wewnątrz pojemnika powstaje z oparów alkoholu (metanolu itp.). Ogrzana górna część komory stwarza warunki do odparowania alkoholu.

Powstała para ochładza się, opada i skrapla się, kończąc w zimnej dolnej części pojemnika.

Objętość przestrzeni pomiędzy górą i dołem pojemnika wypełniona jest chmurą pary przesyconej. Kiedy energetycznie naładowana cząstka (promieniowanie) przechodzi przez parę, cząstka ta nieuchronnie pozostawia ślad jonizacji.

Cząsteczki alkoholu i wody mają właściwości pierwiastków polarnych, dlatego przyciągają je zjonizowane cząstki.

Kiedy cząsteczki alkoholu i wody zbliżają się do jonów w obszarze pary przesyconej, tworzy się kondensat kropelkowy. Ścieżka kondensatu pozostaje widoczna dla źródła promieniowania.

Jak zrobić komorę chmurową własnymi rękami

Wykonanie domowego aparatu w chmurze wymaga następujących materiałów i akcesoriów:

1. Przezroczysty szklany (plastikowy) pojemnik z pokrywką.
2. Alkohol izopropylowy (99% alkohol medyczny).
3. Suchy lód i tacka na lód.
4. Materiał chłonny.
5. Gruby czarny papier.
6. Latarka o dużej jasności.
7. Mała medyczna podkładka grzewcza.

Dobrym pojemnikiem może być zwykły pusty szklany słoik. Alkohol izopropylowy dostępny jest w większości aptek w postaci analogu – alkoholu medycznego.

Schemat urządzenia Wilsona: 1 - pojemnik cylindryczny; 2 — taca na wodę; 3 - tłok mosiężny; 4 — zacisk laboratoryjny; 5 - z kalibratora; 6 - z pompy; 7 - drewniany klocek; 8 — baza mobilna; 9 - zasilanie; 10 - kulisty pojemnik próżniowy

Najważniejsze jest to, że alkohol medyczny ma gęstość co najmniej 99%. Metanol można również stosować w projektach domowych, należy jednak pamiętać, że substancja ta ma wysoki poziom toksyczności.

Materiał chłonny z powodzeniem można zastąpić gąbką lub kawałkiem filcu. Do oświetlenia nadaje się latarka LED.

Nie jest wykluczone nawet użycie funkcji latarki. Swoją drogą aparat w telefonie przydaje się do fotografowania śladów promieniowania.

Konfigurowanie instrumentów badawczych w domu

Proces montażu sprzętu rozpoczynamy od kawałka gąbki, który umieszczamy w dolnej części słoika. Zaleca się dokładne dopasowanie materiału do średnicy słoika, tak aby gąbka opierała się o ścianki i nie wypadła przy przewróceniu słoika.

Dodanie niewielkiej ilości plasteliny lub żywicy na dno słoika sprawi, że gąbka lub filc zostaną dobrze przymocowane. Nie używaj taśmy samoprzylepnej ani kleju, ponieważ opary alkoholu łatwo rozpuszczają takie materiały.

Urządzenie domowe: 1 - ciemny pokój; 2 - pojemnik szklany; 3 - medyczna poduszka grzewcza; 4 - suchy lód; 5 — wiązka latarki; 6 — taca na suchy lód; 7 - materiał gąbczasty; 8 - opary alkoholu

Kolejnym krokiem jest wycięcie z grubego czarnego papieru koła, podobnego kształtem do koła w wewnętrznej części wieczka zamykającego słoiczek. Użyj wyciętego papierowego koła, aby zakryć wnętrze wieczka.

Aby wyeliminować efekt odbicia, potrzebna jest wkładka papierowa. Ponadto papier pełni także w pewnym stopniu funkcję pochłaniacza.

Aby zapewnić pewne mocowanie, warto również przymocować wkładkę papierową za pomocą plasteliny lub żywicy. Tak zmodyfikowaną pokrywkę można założyć na szyjkę słoika.

Najpierw jednak jest (puszka) alkoholu izopropylowego. Wypełnianie odbywa się z uwzględnieniem całkowitego nasycenia gąbki (lub filcu), ale bez widocznego nadmiaru płynu.

Najłatwiejszym sposobem osiągnięcia dokładnego poziomu jest dolewanie alkoholu do momentu, aż płyn całkowicie pokryje materiał gąbki. Następnie odsącz nadmiar.

Proces technologiczny z kamerą

Będziesz potrzebować miejsca, w którym będą warunki do stworzenia całkowitej ciemności (na przykład przestronna szafa lub łazienka bez okien). Należy umieścić suchy lód na wcześniej przygotowanej tacy.

Odwróć szklany słoik (domowa komora chmurowa) do góry nogami i umieść go na lodzie. Utrzymuj tę pozycję przez około 10 minut.

Oto fascynujące zdjęcia, które pojawiają się we wnętrzu komory chmurowej. Promieniowanie jest w stanie nie tylko zabić wszystkie żywe istoty. Potrafi też naprawdę dobrze rysować

Po 10 minutach chłodzenia weź medyczną podkładkę grzewczą, napełnij ją gorącą wodą i umieść na górze domowej komory chmurowej Wilsona (tj. połóż ją na dnie słoika).

Poduszka rozgrzewająca aktywuje proces odparowania alkoholu. W rezultacie powstaje chmura pary nasyconej alkoholem. Czas całkowicie zaciemnić pomieszczenie (lub szafę), w którym prowadzone są badania.

Wystarczy włączyć latarkę i skierować wiązkę światła przez ściany utworzonej komory chmurowej. Na tle chmury alkoholu we wnętrzu puszki wyraźnie widoczne będą ślady promieniowania jonizującego.

Można je łatwo sfotografować. A jeśli wykonasz serię zdjęć, możesz później na ich podstawie przeprowadzić odpowiednią analizę poziomu promieniowania.

O bezpieczeństwie procesowym

Pomimo tego, że alkohol izopropylowy jest uważany za bezpieczny w porównaniu do metanolu, substancja ta powoduje toksyczność przy spożyciu wewnętrznym. Alkohol jest również substancją wysoce łatwopalną.

Należy pamiętać o tych właściwościach alkoholu izopropylowego. Podczas wykonywania badań zaleca się trzymać substancję z dala od źródeł ciepła i otwartego ognia.

Suchy lód w procesie sublimacji to barwne zjawisko. Jeśli jednak taki proces odbywa się w szczelnie zamkniętym pojemniku, pojemnik może eksplodować na skutek wytworzenia się wysokiego ciśnienia

Suchy lód ma również niebezpieczne właściwości. To w jakiś sposób może powodować odmrożenia przy bezpośrednim, długotrwałym kontakcie. Podczas pracy z suchym lodem zaleca się noszenie rękawiczek.

Nie przechowuj także suchego lodu w szczelnym pojemniku. Procesowi sublimacji stałego suchego lodu do postaci gazowej towarzyszy wzrost ciśnienia. Jeśli stanie się to w zamkniętym, szczelnym pojemniku, naczynie może pęknąć.

Ćwiczenia praktyczne z komorą chmurową

Jeśli istnieje źródło radioaktywne, możesz umieścić je obok komory chmurowej, aby zobaczyć wyraźny efekt promieniowania.

Badanie poziomu promieniowania w domu jest ciekawym i pouczającym procesem. Można zobaczyć wiele ciekawych zjawisk, których nie można zobaczyć w zwykły sposób

Niektóre produkty i materiały codziennego użytku są radioaktywne. Na przykład:

• orzech brazylijski,
• banany,
• żwirek,
• szkło uranowe.

Komora chmurowa typu „zrób to sam” pozwala poznać techniki ochrony przed promieniowaniem. Pomiędzy źródłem promieniotwórczym a domową komorą chmurową można umieścić wszelkiego rodzaju materiały, określając w ten sposób ich odporność na promieniowanie.

Możesz na przykład zbadać wpływ pola magnetycznego, tworząc je w granicach kamery chmurowej.

Pod wpływem pola cząstki naładowane dodatnio i ujemnie tworzą zakrzywione ścieżki w przeciwnych kierunkach.

Komory chmurowe i bąbelkowe

Komora pęcherzykowa jest właściwie konstrukcją pokrewną z grupy detektorów promieniowania. Działanie urządzenia opiera się na tych samych zasadach, jakie wykorzystuje Cloud Cloud Chamber.

Konstrukcja komory pęcherzykowej: 1 - bufor wodny; 2-fluorowęglowodór C3F8; 3 — płyn hydrauliczny (glikol propylenowy); 4 — czujniki akustyczne; 5 - miechy; 6 — kamery wideo; 7 - naczynie ciśnieniowe

Jedyna różnica polega na tym, że do obsługi komory pęcherzykowej używana jest przegrzana ciecz, a nie para przesycona. Urządzenie posiada cylinder wypełniony cieczą podgrzaną do temperatury tuż powyżej jej temperatury wrzenia.

Najczęstszą substancją jest ciekły wodór. Zazwyczaj do komory pęcherzykowej przykładane jest pole magnetyczne.

Dzięki temu dodatkowi promieniowanie jonizujące przemieszcza się po spiralnej ścieżce, zgodnie ze swoją prędkością, ładunkiem i stosunkiem masy.

Komory pęcherzykowe są zwykle większe niż komory chmurowe. Tego typu urządzenie jest bardziej złożone w produkcji, ale otwiera szerokie możliwości śledzenia bardziej energetycznych cząstek elementarnych.

Dodatek wideo do tematu badań cząstek elementarnych

KAMERA WILSONA, detektor cząstek śladu. Stworzony przez C. T. R. Wilsona w 1912 roku. W komorze mgłowej ślady naładowanych cząstek stają się widoczne w wyniku kondensacji pary przesyconej na jonach utworzonych przez poruszającą się naładowaną cząstkę w gazie. Krople cieczy utworzone na jonach osiągają duże rozmiary i przy odpowiednio mocnym oświetleniu można je sfotografować. Przesycenie osiąga się poprzez szybkie (prawie adiabatyczne) rozprężanie mieszaniny gazu i pary i określa się je stosunkiem ciśnienia p 1 pary do ciśnienia p 2 pary nasyconej w temperaturze ustalonej po rozprężeniu. Stopień przesycenia wymagany do powstania kropelek na jonach zależy od charakteru pary i znaku ładunku jonów. Zatem para wodna skrapla się głównie na jonach ujemnych, pary alkoholu etylowego - na dodatnich. W komorze Wilsona częściej stosuje się mieszaninę wody i alkoholu; w tym przypadku wymagane przesycenie p 1 / p 2 ≈1,62, co stanowi minimum wszystkich możliwych wartości.

Badane cząstki mogą być emitowane przez źródło umieszczone wewnątrz komory lub przedostawać się do komory przez przezroczyste dla nich okno. Charakter i właściwości badanych cząstek można określić na podstawie długości drogi i pędu cząstek. Aby zmierzyć pęd cząstek Wilsona, kamerę umieszcza się w polu magnetycznym; Aby utworzyć cząstki wtórne, w komorze Wilsona umieszcza się płytki z gęstego materiału, pozostawiając między nimi szczeliny umożliwiające obserwację śladów cząstek.

Komorę Wilsona można stosować w tzw. trybie kontrolowanym, kiedy jest ona uruchamiana za pomocą urządzenia wyzwalającego, które zostaje uruchomione w momencie uderzenia w nią badanej cząstki. Całkowity czas cyklu konwencjonalnej komory Wilsona wynosi ≥ 1 min. Składa się z czasu wymaganego do powolnego (oczyszczającego) rozprężania, czasu potrzebnego do zatrzymania ruchu gazu oraz czasu dyfuzji pary w gazie. Podczas fotografowania śladów cząstek jako źródła światła wykorzystywane są lampy błyskowe o dużej mocy.

Za pomocą kamery Wilsona dokonano szeregu odkryć w fizyce jądrowej i fizyce cząstek elementarnych. Najbardziej uderzające z nich związane są z badaniem promieni kosmicznych: odkrycie rozległych pęków powietrza (1929), pozytonu (1932), odkrycie śladów mionów, odkrycie dziwnych cząstek. W latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych komora Wilsona została prawie całkowicie zastąpiona komorą pęcherzykową, która była szybsza i dlatego bardziej nadawała się do stosowania w nowoczesnych akceleratorach cząstek naładowanych.

Dosł.: Das Gupta N., Ghosh S. Komora chmurowa i jej zastosowania w fizyce. M., 1947; Komora Wilsona J. Wilsona. M., 1954; Zasady i metody rejestracji cząstek elementarnych. M., 1963.

Jak widzieliśmy, promieniowanie radioaktywne ma działanie jonizujące i fotograficzne. Obydwa te działania są charakterystyczne zarówno dla szybko naładowanych cząstek, jak i promieni rentgenowskich, które są falami elektromagnetycznymi. Aby dowiedzieć się, czy promieniowanie radioaktywne ma ładunek, wystarczy wystawić je na działanie pola elektrycznego lub magnetycznego.

Rozważmy następujący eksperyment. Radioaktywny lek 1 (na przykład ziarno radu) umieszcza się w próżniowej skrzynce (ryc. 377, a) przed wąską szczeliną w ołowianej przegrodzie 2. Zamontujmy kliszę fotograficzną nr 3 po drugiej stronie szczeliny. Po wywołaniu zobaczymy na niej czarny pasek – obraz cienia szczeliny. Dlatego przegroda ołowiana blokuje promienie radioaktywne; i przechodzą w postaci wąskiej wiązki przez szczelinę. Umieśćmy teraz pudełko pomiędzy biegunami silnego magnesu (ryc. 377, b) i ponownie zainstalujmy kliszę fotograficzną w pozycji 3. Po opracowaniu płytki znajdziemy na niej nie jeden, a trzy paski, z czego środkowy odpowiada prostoliniowemu przejściu wiązki od preparatu przez szczelinę.

Ryż. 377. Odchylenie promieniowania radioaktywnego przez pole magnetyczne: a) trajektorie promieni w polu magnetycznym (przerywany okrąg to rzut biegunów magnesu; linie pola są skierowane w naszą stronę spoza płaszczyzny rysunku); c) kartka papieru o grubości całkowicie pochłania promieniowanie, 1 - lek radioaktywny, 2 - ekran ołowiany, 3 - klisza fotograficzna, 4 - kartka papieru o grubości

Zatem w polu magnetycznym wiązka promieniowania radioaktywnego jest podzielona na trzy składowe, z których dwie są odchylane przez pole w przeciwnych kierunkach, a trzecia nie ulega odchyleniu. Pierwsze dwa składniki to strumienie przeciwnie naładowanych cząstek. Dodatnio naładowane cząstki nazywane są cząstkami lub promieniowaniem. Cząstki naładowane ujemnie nazywane są cząstkami lub promieniowaniem. Pole magnetyczne odchyla cząstki nieporównywalnie słabsze od cząstek. Składnik neutralny, który nie ulega odchyleniom w polu magnetycznym, nazywany jest promieniowaniem.

Promieniowania różnią się znacznie między sobą właściwościami, w szczególności zdolnością do przenikania materii. Aby zbadać zdolność przenikania promieniowania radioaktywnego, możesz użyć tego samego urządzenia (ryc. 377, c). Pomiędzy próbką 1 a szczeliną umieścimy ekrany o rosnącej grubości, wykonamy zdjęcia w obecności pola magnetycznego i zanotujemy, przy jakiej grubości ekranu znikną ślady każdego rodzaju promieni.

Okazuje się, że ślad cząstek znika jako pierwszy. cząstki są całkowicie pochłaniane przez kartkę papieru o grubości około (ryc. 377, c; 378, a). Strumień cząstek stopniowo słabnie wraz ze wzrostem grubości sita i jest całkowicie pochłaniany, gdy ekran aluminiowy ma grubość kilku milimetrów (rys. 378, 6). Najbardziej przenikliwe jest promieniowanie. Grubość warstwy aluminium prawie nie osłabia intensywności promieniowania.

Ryż. 378. Absorpcja promieniowania radioaktywnego przez materię

Substancje o dużej liczbie atomowej mają znacznie większy efekt absorpcji promieniowania; pod tym względem promieniowanie jest podobne do promieni rentgenowskich. Zatem ołów osłabia wiązkę promieniowania około dwukrotnie (ryc. 378, c).

Różnicę we właściwościach promieniowania wyraźnie widać w tzw. komorze Wilsona – urządzeniu do obserwacji torów szybko naładowanych cząstek. Komora chmurowa (ryc. 379) to szklany cylinder 1 ze szklaną pokrywą, w którym może poruszać się tłok 2. Objętość cylindra nad tłokiem jest wypełniona powietrzem nasyconym parą wody (lub alkoholu). Gdy tłok zostanie nagle opuszczony, powietrze w komorze ochładza się w wyniku szybkiego rozprężania. Para wodna ulega przesyceniu, tj. powstają warunki do kondensacji pary na jądrach kondensacji (patrz tom I, § 300). Produkty jonizacji powietrza mogą służyć jako jądra kondensacji. Jony polaryzują cząsteczki wody i przyciągają je do siebie, ułatwiając w ten sposób kondensację. Cząsteczki pyłu mogą również służyć jako jądra kondensacji, ale podczas pracy z komorą chmurową znajdujące się w niej powietrze jest dokładnie oczyszczane.

Ryż. 379. Komora Wilsona (schemat uproszczony): 1 – cylinder szklany, 2 – tłok, 3 – iluminator, 4 – kamera. Powietrze nad tłokiem jest nasycone parą wodną

Niech para w komorze będzie w stanie przesycenia. Szybko naładowana cząstka przelatująca przez komorę pozostawia na swojej drodze łańcuch jonów. Kropla osadza się na każdym jonie, a trajektoria cząstki staje się widoczna jako mglisty ślad. Oświetlając zamglone ślady z boku mocną lampą 3 (ryc. 379), można je sfotografować przez przezroczystą osłonę aparatu. Takie zdjęcia są pokazane na ryc. 380 i 381. Dzięki tej niezwykłej metodzie mamy możliwość obserwacji toru lotu (śladu) pojedynczej cząstki. Ślady mgły nie utrzymują się w komorze długo, gdyż powietrze nagrzewa się, odbierając ciepło od ścian komory, a kropelki odparowują. Aby uzyskać nowe ślady, należy usunąć istniejące jony za pomocą pola elektrycznego, sprężyć powietrze tłokiem, poczekać, aż nagrzane podczas sprężania powietrze w komorze ostygnie i wykonać ponowne rozprężenie.

Ryż. 380. Ślady i cząstki w komorze chmurowej. Cząsteczki emitowane są przez radioaktywny lek umieszczony w dolnych partiach komory: a) cząstki: komory w polu magnetycznym skierowanym prostopadle do płaszczyzny wzoru z pasa; b) cząstki: pole magnetyczne jest skierowane w naszą stronę

Ryż. 381. Zdjęcie śladów w komorze chmurowej umieszczonej w polu magnetycznym i napromieniowanej promieniowaniem. U góry - lokalizacja źródła: 1 - lek radioaktywny, 2 - ekran ołowiany ze szczeliną, - wiązka promieniowania

Wartość komory mgłowej jako instrumentu fizycznego znacznie wzrasta, jeśli umieści się ją w polu magnetycznym, jak zrobili to radzieccy fizycy Piotr Leonidowicz Kapica (1894-1984) i Dmitrij Władimirowicz Skobiełcyn (ur. 1892). Pole magnetyczne zakrzywia trajektorie cząstek (ryc. 380). Kierunek zagięcia śladu pozwala ocenić znak ładunku cząstki; Mierząc promień trajektorii, możesz określić prędkość cząstki, jeśli znana jest jej masa i ładunek (patrz § 198).

Długość śladów cząstek w powietrzu pod ciśnieniem atmosferycznym jest w przybliżeniu i znacznie mniejsza niż długość śladów większości cząstek. Ślady cząstek są znacznie grubsze niż ślady cząstek, co wskazuje na niższą zdolność jonizacyjną tych ostatnich.

Na ryc. 381 przedstawia komorę chmurową umieszczoną w polu magnetycznym i napromieniowaną przez źródło promieniowania. Wiązki promieniowania nie są odchylane przez pole magnetyczne, a ich trajektorie w komorze muszą być liniami prostymi wychodzącymi ze źródła. Na zdjęciu nie ma takich liniowych śladów. W rezultacie promieniowanie nie pozostawia na swojej drodze ciągłego łańcucha zjonizowanych atomów. Oddziaływanie promieniowania na materię sprowadza się do rzadkiego wybijania elektronów z atomów, którym dzięki energii kwantów nadawana jest duża prędkość; elektrony te następnie jonizują atomy ośrodka. Trajektorie takich elektronów załamanych pod wpływem pola magnetycznego widoczne są na rys. 381. Większość elektronów pochodzi ze ścian komory.

Na zakończenie zauważmy, że większość substancji radioaktywnych emituje tylko jeden rodzaj cząstek – albo cząstki, albo cząstki. Emisji cząstek często (choć nie zawsze) towarzyszy emisja promieniowania.