桌面云室是一个简单的家庭项目,可以建立,并可以检测和显示冷凝痕迹,发展在电离辐射的存在。它是由查尔斯·威尔逊发明的,他在1911年完善了一种工作模式。几十年来,它一直被研究人员使用,在发现基本粒子和原子离子方面发挥了重要作用。
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。它的墙壁被涂上了一层明胶,底色被染成黑色,形成照相用的黑色背景。房间的地板固定在一个黄铜柱塞的顶部。所有的东西都放在一个浅浅的水槽里,这个水槽使室内的空气充满了水。隔膜用来膨胀腔内的空气进行绝热膨胀,冷却空气并开始凝结水蒸汽。这种腔体称为脉冲腔体,因为其运行条件不是连续的。
1960年前后,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大得多的液体物质,它们揭示了能量大得多的粒子的轨迹。最后,火花室出现了,在那里电压被施加到电网的电线。电离的痕迹导致电火花在导线间跳跃,形成显示存在电离辐射的显示器。电火花的位置一般被储存起来,以便以后由计算机进行分析。
传统的云室必须包含一个陡峭的温度梯度。这是通过干冰(冷冻CO2)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穿过时,它会积累冷凝,本质上就是可见的云。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的蒸汽轨迹。
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,粒子探测器从威尔逊的简单云室发展而来。除气体电离探测器外,还有包括ccd和闪烁探测器在内的半导体探测器。欧洲核子研究中心(CERN)为大型强子对撞机(Large Hadron Collider)建造了专门的探测器,用于特定的项目,最著名的是对希格斯玻色子(Higgs Boson)的伟大探索。
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.
了下:测试和测量提示




