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云室基础知识

通过大卫·赫尔斯|2016年3月25日

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桌面云室是一个简单的家庭项目,可以建造,可以探测和显示电离辐射下形成的凝结痕迹。它是由查尔斯·威尔逊发明的,他在1911年完善了一个工作模型。几十年来,研究人员一直在使用它,它在发现基本辐射方面发挥了重要作用粒子和原子离子。

云室

威尔逊最初的云室是一个玻璃圆柱体,直径约16厘米,深约3厘米。云室壁涂有明胶,底色被染成黑色,形成照相般的深色背景。云室的地板固定在一个黄铜柱塞的顶部。云室都位于一个浅水槽中,使云室中的空气保持水饱和。隔膜被用来膨胀室内的空气进行绝热膨胀,冷却空气并开始冷凝水蒸气。这种腔室被称为脉冲腔室,因为操作条件不能持续保持。

大约在1960年,云室被使用液态氢的更灵敏的气泡室所取代。因为气泡室充满了密度更大的液体物质,所以它们揭示了高能粒子的轨迹。最后,火花室出现了,电压被施加到电网的电线上。电离痕迹会导致电火花从一根电线跳到另一根电线,形成显示电离辐射存在的显示器。火花的位置通常被存储起来,以便以后由计算机进行分析。

传统的云室必须包含陡峭的温度梯度。这是通过干冰(冷冻CO)产生的2)和密封容器内的甲醇制成透明的,这样从外部就可以看到粒子轨迹。

干冰放置在容器的底部,顶部放置一个充满甲醇的吸收垫。为了看到粒子的踪迹,必须关掉灯。室内照明从侧家项目云室可以使用强手电筒。你会看到一个难以置信的快速移动的粒子轨迹显示。

腔室的工作原理是,当一个粒子通过时,它会聚集冷凝,本质上是一团可见的云。当然,你看到的不是无限小的粒子,而是附着在它上面的巨大蒸汽痕迹。

更具体地说,产生这条轨迹是因为沿着带电粒子的路径产生了许多离子。这些足迹有着独特的形状。例如,一个粒子有一个很宽的轨迹,并且显示出更多的因碰撞而偏转的证据。电子形成的轨迹更薄、更直。通过云室施加一个均匀的磁场,使带正电和负电的粒子向相反的方向弯曲,正如洛伦兹力定律描述的两个带相反电荷的粒子。

在粒子和核物理研究设施中,粒子探测器已经从威尔逊的简单云室演变而来。除气体电离探测器外,还有半导体探测器,包括CCD和闪烁探测器。在欧洲核子研究中心,大型强子对撞机的专用探测器已经为特定项目而建造,最显著的是在希格斯玻色子的伟大探索中。

一个很好的演示,包括使用现成材料建造云室的说明,可以在https://www.youtube.com/watch?v=xky3f1aSkB8.

《华盛顿邮报》云室基础知识第一次出现在测试和测量提示.


了下:测试和测量提示


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