威尔逊云室的缺点

威尔逊云室的缺点 威尔逊的实验是什么?

云室射线轨迹特征?

威尔逊的实验是什么?

云室是一种能够显示导致电离粒子直径痕迹的装置。它是最早的带电粒子探测器C.T.R威尔逊于1896年提出,因此被称为威尔逊云室。其原理是:云室中高能粒子引起的离子在过饱和蒸汽中可以成为蒸汽的凝结中心,在离子周围会产生微小的液滴,因此在粒子通过的路径上会出现白雾。根据径向痕迹的长度、厚度和在磁场中的弯曲,可以在适当的照明下看到或拍摄粒子运动的径向痕迹,可以区分粒子的类型和性质。

云室的底部是一个可以上下移动的活塞,上盖是透明的,室内侧壁附近放置一小块放射性物质(放射源)。在实验过程中,在室内添加适量酒精,使室内充满酒精的饱和蒸汽。然后活塞迅速向下移动,室内气体由于快速膨胀而降低温度,因此饱和蒸汽沿粒子的路径凝结,显示粒子运动的直径痕迹

由于云室敏感时间短,工作效率低,在核物理实验中很少使用。但是膨胀云室仍然是高能物理的有用探测工具,尤其是在宇宙射线研究中。纯蒸汽用于绝热和膨胀,温度降低到过饱和状态。此时,带电粒子注入并在通过的路径上产生离子。过饱和气体以离子为核心凝结成小液滴,从而显示粒子的直径痕迹,可通过摄影拍摄。

威尔逊的实验是什么?

英国物理学家威尔逊(C. T. R. Wilson,1899-1959)发明。1894年,他在尼维斯峰天文观察站工作,这是苏格兰群山的最高峰。

当太阳照耀着山上的云朵时,他被奇妙的光学现象迷住了。

他说:我很感兴趣,尤其是太阳周围的彩环(太阳晕)和山顶上的彩环(光影子周围的彩环(光轮)。我想在实验室里模拟这些现象。

1895年,威尔逊设计了一套设备,将水蒸气凝结成云。当时很多人认为,要使水蒸气凝结成雾珠,必须以灰尘为核心。

在仔细清除仪器中的灰尘后,威尔逊发现当水蒸气饱和度超过一定限度时,也会形成云。他认为,除了灰尘,水蒸气可能会凝结成雾珠,以大气中的导电离子为核心。

威尔逊用伦琴刚刚发现的X射线照亮了云室,云层出现了;他用铀射线和紫外线照射,云层也出现了。这证明了他的想法:雾珠凝结可以由离子形成。

经过多年的研究,他得出结论,当无尘空气的体积膨胀比为1.25时,负离子开始成为凝聚核心;当膨胀比为1.28时,所有负离子都成为凝聚核心。对于正离子,膨胀比为1.31时成为凝聚核心,膨胀比为1.35时成为凝聚核心。

威尔逊试图用自己的设备检测带电粒子的直径痕迹。经过反复实验,他在1911年开发了一个云室:当带电粒子通过时,蒸汽沿着粒子轨道凝结,通过蒸汽绝热膨胀,降低温度,达到饱和。

粒子的能量和速度也可以通过其电离密度来测量。1912年,他为云室增加了一个拍摄装置,以拍摄清晰显示带电粒子径的照片。

威尔逊在云室拍摄α射线直径的照片。他向著名的物理学家布拉格展示了这张照片,布拉格特别惊讶:照片中的照片α射线的径迹与自己之前根据想象绘制的径迹其实一致!云室的科学意义再清楚不过了。

1920年,美国物理学家康普顿发现,短波长的电磁辐射(X光)物质散射后,除了原始波长的波外,散射波中还出现了波长增大的波。这种散射现象后来被称为康普顿效应。

康普顿介绍了量子的概念解释:X射线量子与物质中的自由电子发生碰撞后,光量子的部分能量和动量转移到电子上,其能量降低,频率降低,即波长增加,方向改变。

一些保守的物理学家反对他的解释。

然而,在1923年,威尔逊用云室证明了反冲电子的存在,并显示了其径向痕迹,有力地证明了康普顿的解释。

除正电子外,威尔逊云雾室在粒子物理学的发展中起着重要的作用,μ介子(μ 、μ-)、Κ0、Λ通过拍摄它们在云室中的直径痕迹,发现了等粒子。