Камера Вільсона: плюси і мінуси

У 1912 вчений з Шотландії на ім’я Чарльз Вільсон винайшов прилад, необхідний для самостійної реєстрації слідів треків заряджених частинок. Винахід камери дало Вільсона в 1927 році можливість бути удостоєним вищої нагороди в галузі фізики – Нобелівської премії.

будова приладу

Туманною камерою, або як інакше називають камерою Вільсона, прийнято вважати не більшу за розміром ємність з кришкою, виготовленою з такого матеріалу, як скло, в самому низу камери розташовується поршень.

Наповнення приладу відбувається внаслідок впуску насичених парів ефіру, спирту, або звичайної води, вони попередньо очищаються від пилу, в неї: це необхідно для того, щоб частинки, пролітаючи, не затримувалися центрами конденсації, що знаходяться в молекулах води.

Після заповнення камери парами поршень опускається, далі внаслідок виникнення адіабатичного розширення відбувається стрімке охолодження пари, які стають перенасиченим. Заряджені частинки, проходячи по всій ємності камери, залишають за собою слід з іонних ланцюжків. Пар в свою чергу, конденсуючись на іони, залишає треки – сліди часток.

пристрій роботи

Принцип роботи приладу

Внаслідок того що в досліджуваному просторі періодично відбувається перенасичення парами різноманітних центрів конденсації (іонами, які супроводжують слід стрімко переміщається частки), на них відбувається поява невеликих за розміром крапель рідини. Обсяг цих крапель з часом збільшується, разом з цим представляється можливість їх зафіксувати, роблять це за допомогою їх фотографування.

Джерело досліджуваного матеріалу знаходиться або в межах камери, або ж безпосередньо за її межами. У тому випадку, коли він буде перебувати поза ємності камери, частки в неї можуть залітати в невелике прозоре вікно, розташоване на ній. Чутливість приладу по відношенню до часовим відрізком може змінюватися від 0,01 частки секунди до 2-х – 3-х секунд, цей час необхідний для потрібного перенасичення іонної конденсації.

Слідом слід відразу ж почистити робочий об’єм камери, це робиться для відновлення її чутливості. Камера Вільсона працює тільки в циклічному режимі. Один повний цикл приблизно дорівнює хвилині.

Переміщення туманною камери в магнітне поле може викликати збільшення її особистих можливостей в кілька разів. Це пов’язано з тим, що таке середовище здатна викривляти траєкторію польоту заряджених частинок, що в свою чергу і визначає їх імпульс разом зі знаком заряду.

Найбільш відомі застосування приладу

Використовуючи камеру Вільсона в 1932 році, фізик-експериментатор з США на ім’я Карл Дейвід Андерсон зміг встановити вміст у космічних променях позитрона.

Першим, кому спало на думку помістити туманну камеру в область знаходження найсильнішого магнітного поля, стали радянські вчені-фізики Д. В. Скобельцін і П. Л. Капіца, що вони і зробили з величезним успіхом в 1927 році, через 15 років з моменту створення знаменитого приладу. Радянські дослідники визначили разом з імпульсами знаки зарядів і такі кількісні характеристики частинок, як маса і швидкість, що стало сенсаційним проривом радянської фізики в рамках світового масштабу.

перетворення приладу

У 1948 році в області фізики відбулося удосконалення камери Вільсона, автором подібної розробки став англійський фізик Патрік Блеккет, який отримав за свій винахід Нобелівську премію. Вчений створив керовану версію туманною камери. Він встановив в прилад спеціальні лічильники, які реєструються самою камерою, вони самі ж «запускають» камеру для спостережень дій подібного роду.

Нова вдосконалена камера Вільсона, що працює в подібному режимі, стає більш діяльної, відбувається помітне зростання її ефективності.

Керованість туманною камери, створена Блеккетом, сприяє забезпеченню високої швидкості в області розширення газового середовища, внаслідок чого і з’являється можливість відстеження камерою сигналу зовнішніх лічильників і подальшого реагування на нього.

Вільсон дожив до того часу, коли відбулося перетворення його дітища, він назвав експеримент вдалим і визнав всю важливість використання варіанту приладу, представленого Патріком Блеккетом.

Удосконалена камера Вільсона

значення приладу

Камера Вільсона стала для першої половини XX століття унікальним приладом, який підняв престиж фізики у всьому науковому світі. Вона дозволила фізикам відстежити сліди заряджених частинок і представити це відкриття суспільству.

плюси

  • Камера Вільсона стала першим в світі приладом, який зміг відстежити сліди треків заряджених частинок.
  • Даний прилад успішно застосовується в магнітному полі.
  • Камера Вільсона зіграла важливу роль в дослідженні будови величезної кількості речовин (рубідій і так далі).
  • За допомогою застосування туманною камери фізики змогли дослідити ядерні випромінювання і космічні промені.

мінуси

  • З урахуванням зростання тиску в камері, одночасно також збільшується і часовий відрізок, необхідний для вимірювання нечутливості приладу, його фізики називають мертвим часом.
  • Робота камери Вільсона вимагає тиску від 0,1 до 2-х атмосфер, якщо з’являється більш високий тиск, то в такому випадку робота приладу стає утрудненою, що безпосередньо пов’язано з запотівання скла камери, його потрібно постійно очищати.
  • Камера не дає зробити повноцінну автоматизацію даних.

Ссылка на основную публикацию