Что такое камера вильсона кратко

Что такое камера вильсона кратко

© Куцева Н. В. │ Сайт «Элементарные частицы» разработан в рамках ВКР магистра
по направлению подготовки 44.04.01 «Педагогическое образование» профиля «Физическое образование».
ВГПУ – 2018 г.

Первым в истории прибором для регистрации следов (треков) заряженных частиц , позволяющим исследовать элементарные частицы слала Камера Вильсона, изобретённая в 1912 году шотландским физиком Ч. Вильсоном. Причём след заряженной частицы можно наблюдать непосредственно или сфотографировать.

Внешний вид первой камеры Вильсона

Действие камеры Вильсона основано на явлении конденсации перенасыщенного пара, т. е. на образовании мелких капелек жидкости на каких-либо центрах конденсации, например на ионах, образующихся вдоль заряженной частицы.

Схема устройства камеры Вильсона

Камера Вильсона представляет собой геометрически стеклянный закрытый сосуд (на рисунке камера показана в разрезе) со стеклянной крышкой, внутри которого может перемещаться поршень. На дне камеры находится чёрная ткань, увлажнённая смесью воды с этиловым спиртом, благодаря чему воздух в цилиндре очень близок к насыщению. При резком опускании поршня, вызванным уменьшением под ним давления, пар в камере адиабатно расширяется, его внутренняя энергия уменьшается. В результате чего пар охлаждается и становится перенасыщенным. Находясь в крайне неустойчивом состоянии, пары жидкости будут легко конденсироваться на таких центрах конденсации, как ионы, образующиеся в камере при пролёте в ней элементарной частицы. Если изучаемые частицы проникают в камеру через тонкое окошко (иногда источник частиц помещают внутри камеры) сразу после расширения пара, то на их пути появляются капельки воды (их размер порядка ), которые и образуют видимый след пролетавших частиц – треки. Стоит также отметить, что при расширении пара центрами конденсации могут служить частички пыли, что вызвало бы появление тумана. Однако в камере Вильсона этого не происходит, так как воздух в ней предварительно отчищают.

Освещая треки сбоку сильной лампой, их можно сфотографировать через прозрачную крышку камеры. Но следы частиц в камере существуют недолго, так как воздух нагревается, получая тепло от стенок камеры, и капли испаряются.

Для получения новых следов, необходимо восстановить чувствительность камеры: удалить имеющиеся ионы с помощью электрического поля, сжать воздух поршнем, выждать, пока воздух нагревшийся в камере при сжатии, охладиться, и произвести новое расширение. Таким образом, камера Вильсона работает в циклическом режиме. Время восстановления рабочего режима зависит от размера камеры и может быть от нескольких секунд до десятков минут.

Информация, которую дают треки в камере Вильсона, значительно богаче той, которую могут дать счётчики. По длине трека можно определить энергию частицы, а по числу капелек на единицу длины трека – её скорость. Чем длиннее трек частицы, тем больше её энергия. А чем больше капелек воды образуется на единицу длины трека, тем меньше её скорость. Частицы с большим зарядом оставляют трек большей толщины.

Фотографии треков заряженных частиц в камере Вильсона
Для просмотра фотографий кликните по их миниатюрным изображениям

Если камеру Вильсона поместить в магнитное поле, то сила, действующая со стороны этого поля (сила Лоренца) на заряженную частицу, будет искривлять траекторию частицы, не изменяя модуля её скорости. Впервые такие треки (а именно треки α-частиц ) наблюдал наш советский академик П. Л. Капица в 1923 году. В 1924 году искревление треков электронов и других лёгких частиц наблюдал и другой наш советский академик Д. В. Скобелицын.

Читайте также:  255x картридж к какому принтеру

По направлению изгиба можно судить о знаке заряда частицы. Причём чем больше заряд частицы, тем и чем меньше её масса, тем трек имеет большую кривизну. По заряду частицы и кривизне её трека можно найти массу частицы. Измерив радиус траектории, можно определить скорость и энергию частицы, если известны её масса и заряд.

За изобретение первой визуальной камеры регистрации элементарных частиц в 1927 году Ч. Вильсону была присуждена Нобелевская премия.

Камера Вильсона сыграла важную роль в изучении строения вещества. На протяжении нескольких десятилетий она была практически единственным визуальным прибором регистрации и исследования ядерных и космических излучений:

● В 1930 году советскими физиками Л. В. Мысовским и Р. А. Эйхельбергером по проведению опытов с рубидием и камерой Вильсона было зарегистрировано испускание β-частиц. Позже была открыта естественная радиоактивность изотопа .

● В 1934 году Л. В. Мысовским и Р. А. Эйхельбергером с помощью камеры Вильсона были произведен ы эксперименты , в ходе которых было доказано присутствие нейтронов в составе космического излучения.

● В 1934 году исследование космического излучения американском физиком К. Андерсеном позволили обнаружить первую античастицу – позитрон . А в 1937 году К. Андерсону вместе с другим американским физиком, С. Неддермайером, тем же способом удалось открыть ещё один тип элементарных частиц – мюоны (μ-мезоны).

● В 1947 году английским физиком С. Пауэллом также при исследовании космического излучения были зарегистрированы пионы (π-мезоны) и т. д.

В последние годы камера Вильсона уступила своё место пузырьковой и искровой камерам.

Источник

Вильсона камера

Ка́мера Ви́льсона — один из первых в истории приборов для регистрации следов (треков) заряженных частиц.

Изобретена шотландским физиком Чарлзом Вильсоном между 1910 и 1912 гг. Принцип действия камеры использует явление конденсации перенасыщенного пара: при появлении в среде пара каких-либо центров конденсации (в частности, ионов, сопровождающих след быстрой заряженной частицы) на них образуются мелкие капли жидкости. Эти капли достигают значительных размеров и могут быть сфотографированы. Источник исследуемых частиц может располагаться либо внутри камеры, либо вне ее (в этом случае частицы залетают через прозрачное для них окно). Для исследования количественных характеристик частиц (например, массы и скорости) камеру помещают в магнитное поле, искривляющее треки.

Камера Вильсона представляет собой ёмкость со стеклянной крышкой и поршнем в нижней части, заполненная насыщенными парами воды, спирта или эфира. Когда поршень опускается, то за счет адиабатического расширения пары охлаждаются и становятся перенасыщенными. Заряженная частица, проходя сквозь камеру, оставляет на своем пути цепочку ионов. Пар конденсируется на ионах, делая видимым след частицы.

Камера Вильсона сыграла огромную роль в изучении строения вещества. На протяжении нескольких десятилетий она оставалась практически единственным инструментом для визуального исследования ядерных излучений. В 1927 году Вильсон получил за свое изобретение Нобелевскую премию по физике. Впоследствии камера Вильсона в качестве основного средства исследования радиации уступила место пузырьковым и искровым камерам.

Читайте также:  Что такое заправка картриджей струйных принтеров

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Вильсона камера» в других словарях:

ВИЛЬСОНА КАМЕРА — прибор для наблюдения следов (треков) заряж. ч ц. Основан на конденсации пересыщенного пара на ионах, образующихся вдоль траектории заряж. ч цы. Ч цы могут либо испускаться источником, помещённым внутри камеры, либо попадать в неё извне. Треки… … Физическая энциклопедия

ВИЛЬСОНА КАМЕРА — первый трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912. Действие Вильсона камеры основано на конденсации пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы. В… … Большой Энциклопедический словарь

Вильсона камера — первый трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912. Действие камеры Вильсона основано на конденсации пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах, возникающих вдоль следа (трека) заряженной частицы.… … Энциклопедический словарь

Вильсона камера — прибор для наблюдения следов заряженных частиц, созданный Ч. Вильсоном в 1912. Действие В. к. основано на явлении конденсации пересыщенного пара, т. e. на образовании мелких капелек жидкости на каких либо центрах конденсации, например на… … Большая советская энциклопедия

ВИЛЬСОНА КАМЕРА — первый трековый детектор заряженных частиц. Изобретена Ч. Вильсоном в 1912. Действие В. к. осн. на конденсации пересыщенного пара (образовании мелких капелек жидкости) на ионах, возникающих вдоль следа (трека) заряж. частицы. В дальнейшем… … Естествознание. Энциклопедический словарь

КАМЕРА ВИЛЬСОНА — (туманная камера), прибор, служащий для идентификации заряженных частиц. Камера была изобретена в 1880 х гг. английским физиком Чарльзом Вильсоном с целью изучения атомной радиации и усовершенствовалась на протяжении нескольких десятилетий.… … Научно-технический энциклопедический словарь

Камера — (позднелат. camera комната, келья) какая либо закрывающаяся комната либо замкнутое пространство либо устройство, важной частью которого является замкнутая полость: Камера кессон, изолированный от окружающего водоема герметичными… … Википедия

камера Вильсона — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN Wilson chambercloud chamber … Справочник технического переводчика

камера Вильсона с магнитным полем — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN magnetic cloud chamber … Справочник технического переводчика

Камера Вильсона — Фотография треков от ионизирующего излучения в камере Вильсона (короткие: от α частиц, длинные: от β частиц) … Википедия

Источник

Строим камеру Вильсона и обнаруживаем космические лучи у себя дома

Камера Вильсона (она же туманная камера) — один из первых в истории приборов для регистрации следов (треков) заряженных частиц. Принцип действия камеры использует явление конденсации перенасыщенного пара: при появлении в среде перенасыщенного пара каких-либо центров конденсации на них образуются мелкие капли жидкости. Эти капли достигают значительных размеров и могут быть сфотографированы. Источник исследуемых частиц может располагаться либо внутри камеры, либо вне её (в этом случае частицы залетают через прозрачное для них окно).

Очень странно думать о том, что нас постоянно бомбардируют крохотные частицы, движущиеся со скоростью света. Хотите увидеть свидетельство их существования? Смотрите видео. Не верите видео, или просто хотите увидеть следы в испарениях собственными глазами – продолжайте читать эту инструкцию.

Шаг 1: материалы

Вот, что мне понадобилось для постройки собственной туманной камеры:

  • Пенопласт (купил уже нарезанным на куски нужного размера);
  • Аквариум;
  • Лист металла;
  • Чёрный пластилин;
  • Чёрная плотная бумага;
  • Чёрная изолента;
  • Клей;
  • Шкурка;
  • Фонарик или проектор для слайдов (нужен чёткий и яркий луч света);
  • Сухой лёд (для охлаждения основания камеры);
  • Изопропиловый спирт концентрации 91% или более (70% не подойдёт!);
  • Вода.
Читайте также:  Что такое печь для принтера

Инструменты:

  • Нож;
  • Шпатель (помогал себе при отрезании пенопласта);
  • Линейка;
  • Маркер;
  • Термопластичный клей;
  • Магниты.

Шаг 2: конструируем изолированную коробку для сухого льда

Коротко говоря, необходимо сделать теплоизолирующий короб, который мы наполним сухим льдом. Он должна быть достаточно большим, чтобы в нём плотно сидела металлическая пластина. Я использовал пластину как трафарет для вырезания коробки из пенопласта. Потом я зашкурил пенопласт и склеил всё вместе. При резке пенопласта я сначала использовал нож для намётки разреза, а потом оставшуюся толщину я проходил шпателем. Уверен, что есть способ резать пенопласт лучше, но поскольку я всё равно его потом зашкуривал, результат резки меня не очень волновал.

Шаг 3: готовим металлическое основание

Металлическая пластина кладётся сверху на сухой лёд для теплопередачи между ним и камерой. Самое важное – пластину с аквариумом необходимо соединять герметично. Это позволяет поддерживать высокую концентрацию спирта в камере и получать перенасыщенный пар. Для этого я решил заполнить желобок по краю аквариума водой или лишним спиртом. А чтобы сделать желобок, я использовал пластилин и сделал из его две дорожки на металлической плите. Потом, чтобы белые следы в парах контрастировали с нижней частью камеры, я наклеил на пластину чёрную бумагу. Благодаря ей следы в парах было видно гораздо лучше.

Шаг 4: готовим аквариум

К нижней части аквариума (которая в итоге оказалась наверху) я приклеил отрезок фетра. Сначала я сделал это при помощи термоклея, однако, как можно увидеть на фото, после впитывания спирта он провис. Чтобы это исправить, я использовал набор магнитов, которые гораздо лучше прижали фетр ко дну аквариума. Фетр используется для впитывания спирта, и его можно заменить любой другой губкой или впитывающей тканью.

Шаг 5: собираем всё вместе!

И вот теперь коробка для сухого льда, металлическое основание и аквариум готовы к работе!

Сначала нужно наполнить пенопластовую коробку сухим льдом, а потом разместить на нём металлическое основание. Оно, вероятно, жутко заскрипит во время быстрого охлаждения, но это вскоре должно прекратиться.

Затем налейте на фетр спирта, пока он не станет мокрым, и поместите аквариум вверх ногами на металлическом основании. Залейте воды или спирта в канал из пластилина, чтобы обеспечить герметичность камеры.

Теперь погасите в комнате свет и подсветите камеру источником света. Я закрыл все стороны аквариума, кроме одной, плотной чёрной бумагой, чтобы космические лучи было проще снимать. Почти сразу же вы должны увидеть, как конденсат спирта начнёт падать вниз, и примерно через 10 минут из него сформируется перенасыщенный пар. После этого ближе к нижней части камеры вы должны увидеть следы, оставляемые частицами в парах.

Происходит вот что: при пролёте космического луча через камеру он ионизирует молекулы воздуха, а спиртовой пар оказывается таким насыщенным, что конденсируется на этих следах ионизированных молекул. Именно так камера позволяет нам «видеть» частицы, движущиеся почти со скоростью света.

Источник

Поделиться с друзьями
СервисКлимат