Vilson kamerasi

Bulutli kamera (kondensatsiya xonasi, tuman kamerasi) tez zaryadlangan zarracha izlarining detektori boʻlib, ionlarning oʻta sovutilgan supersaturatsiyalangan bugʻda suv tomchilarining yadrolari sifatida harakat qilish qobiliyatidan foydalanadi.

Haddan tashqari sovutilgan bugʻ hosil qilish uchun haroratning keskin pasayishi bilan birga tez adiabatik kengayish qoʻllanadi.

Tez zaryadlangan zarracha, oʻta toʻyingan bug 'buluti orqali harakatlanib, uni ionlashtiradi. Bug 'kondensatsiyasi jarayoni ionlar hosil boʻlgan joylarda tezroq sodir boʻladi. Natijada, zaryadlangan zarracha uchib ketgan joyda, suv tomchilarining izi hosil boʻladi, ularni suratga olish mumkin. Aynan shu turdagi treklar tufayli kamera inglizcha nomini oldi — bulutli kamera (inglizcha: cloud chamber)

Bulutli kameralar odatda zaryadlangan zarrachalarning traektoriyalari egri boʻlgan magnit maydonga joylashtiriladi. Traektoriyaning egrilik radiusini aniqlash zarrachaning oʻziga xos elektr zaryadini aniqlashga va shuning uchun uni aniqlashga imkon beradi.

Kamera 1912-yilda shotland fizigi Charlz Uilson tomonidan ixtiro qilingan. Kamera ixtirosi uchun Uilson 1912- yilda fizika boʻyicha Nobel mukofotini oldi. 1948-yilda Patrik Blekett bulutli kamerani takomillashtirish va u bilan olib borilgan tadqiqotlar uchun Nobel mukofotiga sazovor boʻldi.

Tarixi

19-asrning oxirgi choragidayoq Coulier, Kissling va Aitkenning asarlari changning tumanning paydo boʻlishida muhim rol oʻynashini koʻrsatdi. Laboratoriyada ushbu tabiiy hodisani qayta tiklashga urinib, tadqiqotchilar tozalangan havoda tuman hosil boʻlmasligini aniqladilar. Shuningdek, tomchilar aniq chang zarralari atrofida hosil boʻlishi va ularning oʻlchamlari tartibidagi oʻlchamlarga ega ekanligi aniqlandi. Bu lord Kelvin tomonidan eʼtiborga olingan muammoning yechimi edi, unga koʻra, bir tomchi suv oʻsayotganda molekulalarning kattaligi bilan taqqoslanadigan oʻlchamga ega boʻlgan bosqichdan oʻtishi kerak, ammo bunday oʻlchamdagi tomchi juda tez bugʻlanadi. u yoʻqoladi.

1897-yilda Uilson changsiz havoda ham 1,37 martadan koʻproq kengayganida tuman paydo boʻlishini koʻrsatdi. Bunday holda, 1,25 dan 1,37 martagacha kengayganda, faqat individual tomchilar hosil boʻladi. 1899 yilda u rentgen naychasiga maʼlum miqdorda uran qoʻyilsa, hatto 1,25 kengayganida ham tuman paydo boʻlishini aniqladi. Jozef Tomson bu holatlarda ionlar kondensatsiya markazlariga aylanishini koʻrsatdi.

Uilson shuningdek, suvning manfiy zaryadlangan ionlarda kondensatsiyalanish ehtimoli yuqori ekanligini aniqladi. Tomas Lebe boshqa moddalarning bugʻlarini oʻrganib chiqdi va u sinovdan oʻtkazgan barcha moddalar (sirka kislotasi, xloroform, etil spirti, xlorbenzol va boshqalar) teskari tendentsiyaga ega ekanligini aniqladi — ijobiy ionlar manfiylarga qaraganda tezroq kondensatsiyaga olib keladi.

Bulut kamerasidagi radioaktiv torit parchasi va u tomonidan chiqarilgan zarrachalar izlari

1912-yilda Vilson tomonidan yaratilgan birinchi zaryadlangan zarrachalar detektori diametri 16,5 sm va balandligi 3,5 sm boʻlgan shisha silindr edi. Xonaning ichida suvga tushirilgan yogʻoch halqa boʻlgan idish bor edi. Halqa yuzasidan bugʻlanish tufayli kamera bug 'bilan toʻyingan. Kamera klapanli trubka orqali havo evakuatsiya qilingan kolbaga ulangan. Vana aylantirilganda, bosim pasaydi, havo soviydi va bug 'toʻyingan boʻldi, buning natijasida zaryadlangan zarralar oʻzlarining orqasida tuman chiziqlarini qoldirdi. Shu bilan birga, kamera va chiroqlar yoqildi.

Kameraning asosiy kamchiligi uni ishga tayyorlashning uzoq muddati edi. Bu kamchilikni bartaraf etish maqsadida Takeo Shimizu 1921-yilda kameraning porshen bilan jihozlangan muqobil versiyasini yaratdi. U doimiy ravishda harakatlanib, havoni siqib, kengaytirdi, shuning uchun har bir necha soniyada fotosurat olish mumkin edi. Biroq, Shimizu modeli har doim ham yaxshi tasvir sifatini taʼminlay olmadi, chunki undagi havo juda sekin kengaydi.

1927-yilda Pyotr Kapitsa va Dmitriy Skobeltsin kamerani kuchli magnit maydonga joylashtirishni taklif qilishdi. Bu tasvirlardagi musbat va manfiy zaryadlangan zarrachalar izlarini ajratish hamda ularning massa-zaryad nisbatini aniqlashni osonlashtirdi.

Pozitronning izini koʻrsatadigan birinchi fotosurat

1927-yilda har bir modelning eng yaxshi tomonlarini birlashtirishga intilib, Patrik Blekett Shimizu kamerasini oʻzgartirib, keskin kengayishni taʼminlovchi bahor qoʻshdi. 1929-yilda uning takomillashtirilgan kamera modeli kuniga 1200 dan ortiq suratga tushdi, ularning har birida alfa zarralarining oʻnlab izlari koʻrsatilgan. Birinchi marta azot yadrolarining alfa zarralari bilan boʻlinishini suratga olgan Blekett edi.

1930-yilda L. V. Mysovskiy va R. A. Eyxelberger rubidiy bilan tajriba oʻtkazdilar va bulutli kamerada b-zarrachalarning emissiyasi qayd etildi. Keyinchalik ⁸⁷Rbizotopining tabiiy radioaktivligi aniqlandi. 1932-yilda TO. D. Anderson kosmik nurlardagi pozitronni kashf etdi.

1933-yilda Uilson piston oʻrniga kauchuk diafragma ishlatadigan boshqa kamera dizaynini taklif qildi.

Xuddi shu yili Blekkett hamda Juzeppe Okkialini kameraning versiyasini ishlab chiqdilar, u faqat ikkita hisoblagich otilganda kengaydi, biri tepada, biri pastda. Ushbu oʻzgarish kameraning kosmik nurlar kabi noyob hodisalarni suratga olishi kerak boʻlgan taqdirda samaradorligini sezilarli darajada oshirish imkonini berdi. Blekket va Okkialini shuni koʻrsatadiki, shu tarzda olingan fotosuratlarning 80% ida kosmik nurlar izlari mavjud.

1934-yilda L. V. Mysovskiy M. S. Eygenson bilan tajribalar oʻtkazdi, unda bulutli kameradan foydalanib, kosmik nurlar tarkibida neytronlarning mavjudligi isbotlangan. (Eslatma: Erkin neytronlarning umri (taxminan 17 daqiqa) ularning kosmik nurlarning bir qismi boʻlishiga imkon bermaydi, ular faqat kosmik nurlar ishtirokidagi yadro reaktsiyalarida hosil boʻlishi mumkin)

1952-yilda qabariq kamerasi Donald Glaser tomonidan ixtiro qilingan, shundan soʻng bulutli kameraning ahamiyati pasaygan. Pufak kamerasi voqealarni aniqroq va tez-tez yozib olish imkonini berdi va shuning uchun yangi tadqiqotlar uchun asosiy vositaga aylandi.

Tuzilishi

Brukxaven milliy laboratoriyasidagi bulutli kamera

Odatda, bulutli kamera bug 'bilan toʻyingan havoni oʻz ichiga olgan silindrdan va bu silindrda harakatlanishi mumkin boʻlgan pistondan iborat. Piston tushirilganda havo keskin soviydi va kamera ishlashga yaroqli boʻladi. Boshqa, zamonaviyroq versiyada piston oʻrniga kauchuk diafragma ishlatilgan. Bunday holda, kamera teshikli pastki qismga ega, uning ostida bosim ostida havo pompalanadigan diafragma mavjud. Keyin, ishni boshlash uchun siz faqat diafragmadan atmosferaga yoki maxsus idishga havo chiqarishingiz kerak. Bunday kameralar arzonroq, ulardan foydalanish osonroq va ish paytida kamroq isitiladi.

Kam energiyali zarralar uchun kameradagi havo bosimi atmosfera bosimidan pastga tushiriladi, yuqori energiyali zarralarni mahkamlash uchun esa, aksincha, havo oʻnlab atmosfera bosimida kameraga pompalanadi. Kamera suv bugʻi va etil spirti bilan toʻldiriladi va kondensatsiya yadrolari muddatidan oldin kondensatsiyaga yoʻl qoʻymaslik uchun chiqariladi, natijada oʻta toʻyingan bugʻ, unda izlar hosil qilishga tayyor. Bunday aralashma suv bugʻining manfiy ionlarda, etanol bugʻi esa ijobiy ionlarda yaxshiroq kondensatsiyalanishi tufayli qoʻllanadi.

Kameraning faol ishlash vaqti havoning kengayishidan va kamera tuman bilan toʻlguncha oʻtadigan soniyaning yuzdan bir qismidan bir necha soniyagacha davom etadi, shundan soʻng kamera tozalanadi va qayta ishga tushirilishi mumkin. Toʻliq foydalanish tsikli odatda bir daqiqani tashkil qiladi. Radiatsiya manbai kameraning ichiga joylashtirilishi yoki uning tashqarisida joylashgan boʻlishi mumkin. Bunday vaziyatda, zarralar shaffof ekran orqali kameraga kiradi.

Foydalanish

Bulut kamerasining elementar zarrachalar fizikasi uchun ahamiyatini ortiqcha baholab boʻlmaydi — bu oʻnlab yillar davomida elementar zarrachalar izlarini bevosita kuzatishning yagona samarali usuli edi. Uning yordami bilan pozitron va muon kashf qilindi, alfa zarrachalarining azot atomlari bilan yadro reaksiyalari ham oʻrganildi. Pufak va uchqun kamerasi ixtiro qilingandan soʻng, bulutli kameraning ahamiyati pasayishni boshladi, ammo uning narxi ancha rivojlangan detektorlarga nisbatan ancha past boʻlgani sababli, u hali ham baʼzi sohalarda foydalaniladi.

Maxsus ionlanish

Maxsus ionlanish — bu zarrachaning moddadan birlik masofaga uchishida hosil boʻlgan juft ionlar soni. Bunday holatda, atomlardan urilgan elektronlar boshqa atomlarni ionlashtirish uchun etarli energiyaga ega boʻlishi mumkin. Bu hodisa ikkilamchi ionlanish deb ataladi. Bulutli kamerada bunday elektronlar zarrachaning asosiy traektoriyasidan novdaga oʻxshab koʻrinadi yoki oddiygina bugʻ boʻlaklariga oʻxshaydi (agar elektronlarning energiyasi juda yuqori boʻlmasa). Maxsus ionlanishni koʻp usullar bilan hisoblash mumkin (masalan, Geyger hisoblagichi yordamida) bulutli kameralar birlamchi va ikkilamchi ionlanishni ajratishning eng oddiy usuli hisoblanadi.

Masofa

Moddadagi zarrachaning yoʻl uzunligi muhim koʻrsatkich boʻlib, u radiatsiyaviy himoya uchun maʼlum boʻlishi kerak. Bulutli kamera sizga oʻrtacha yugurishni ham, yugurishlarning taqsimlanishini ham oʻlchash imkonini beradi. Ushbu maʼlumotlar yordamida zarrachaning energiyasini ham, ushbu turdagi nurlanishni toʻsib qoʻyadigan himoya qatlamining qalinligini ham katta aniqlikda aniqlash mumkin.