اتاقک ابر

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از اتاقک ابری)
پرش به: ناوبری، جستجو
شکل 1)عکس محفظه ای از اولین پوزیترون که توسط C. Anderson دیده می شود.

اتاقک ابر یا اتاقک ویلسون (به انگلیسی: Cloud chamber یا Wilson chamber) نوعی محفظه برای آشکارسازی ذرات پرتوهای یونیزان است.

این اختراع را به سال ۱۹۱۱ و به چارلز تامسون ریس ویلسون نسبت می‌دهند.[۱]

یک محفظه ابر شامل یک محیط مهر و موم شده حاوی بخار بیش از حد آب یا الکل است. یک ذره باردار پر انرژی (به عنوان مثال، یک ذره آلفا یا بتا) با ترکیب مخلوط گازها با ضربه زدن به الکترونها از طریق نیروهای الکترواستاتیک در طی برخورد، با دنبال کردن ذرات گاز یونیزه می شود. یونهای حاصل به عنوان مراکز تراکمی عمل می کنند که در صورت مخلوط گاز در نقطه ی تراکم، یک دنباله ی کوچک از قطرات کوچک تشکیل می شود. این قطرات به عنوان یک مسیر "ابر" قابل مشاهده است که برای چند ثانیه ادامه می یابد در حالی که قطره ها از طریق بخار سقوط می کنند. این آهنگ ها دارای اشکال خاص است. به عنوان مثال، یک قطعه ذرات آلفا ضخیم و مستقیم است، در حالی که یک مسیر الکترونی است و نشان می دهد شواهد بیشتری از انحراف های برخورد.

اتاق های ابر نقش مهمی در فیزیک ذرات تجربی از دهه 1920 تا 1950 تا زمان ظهور اتاق حباب بازی کردند. به طور خاص، کشف پوزیترون در سال 1932 (نگاه کنید به شکل 1) و موئون در سال 1936، هر دو توسط کارل اندرسون (جایزه نوبل فیزیک در سال 1936)، از اتاق های ابر استفاده می کردند. کشف کوهن توسط جورج روچستر و کلیفورد چارلز باتلر در سال 1947 نیز با استفاده از یک اتاق ابر به عنوان آشکارساز ساخته شد. [1]. در هر مورد، اشعه های کیهانی منبع رادیویی یونیزه بودند.

اختراع[ویرایش]

چارلز تامسون ریس ویلسون (1869-1959)، یک فیزیکدان اسکاتلندی، با اختراع اتاق ابر به حساب می آید. او با الهام از مشاهدات ناخودآگاه بروکن در هنگام کار بر روی اجلاس بن نویس در سال 1894، شروع به توسعه اتاق های توسعه برای مطالعه ساخت ابر و پدیده های نوری در هوای مرطوب کرد. به سرعت او کشف کرد که یون ها می توانند به عنوان مراکز تشکیل قطرات آب در چنین اتاق هایی عمل کنند. او از این کشف پیگیری کرد و اولین اتاق ابر را در سال 1911 تکمیل کرد. در داخل محفظه اصلی ویلسون، هوا داخل دستگاه مهر و موم شده با بخار آب اشباع شد، سپس دیافراگم برای گسترش هوا داخل اتاق (گسترش آدیاباتیک)، خنک سازی هوا و شروع به بخار آب کن از این رو استفاده از نام ابر انبساط گسترش یافته است. هنگامی که یک ذره یونیزه از طریق محفظه عبور می کند، بخار آب روی یون های حاصل از آن تلفیق می شود و دنباله ذره در ابر بخار قابل مشاهده است. ویلسون، همراه آرتور کامپتون، جایزه نوبل فیزیک در سال 1927 را برای کار خود در اتاق ابر دریافت کرد. [2] این نوع اتاق نیز یک اتاق پالس نامیده می شود، زیرا شرایط عملیاتی به طور مداوم حفظ نمی شود. تحولات بیشتر توسط پاتریک بلک اند ساخته شده است که از بهار قوی برای گسترش و فشرده سازی اتاق بسیار سریع استفاده می شود و باعث می شود که محفظه حساس به ذرات چندین بار در ثانیه باشد. برای ضبط تصاویر استفاده از فیلم سینمایی استفاده شد.

محفظه ابر انتشاری در سال 1936 توسط الکساندر لانگدسفور ساخته شد. [3] این محفظه از محفظه انبساطی فرکانس متفاوت است که در آن به طور مداوم به اشعه حساسیت می شود و در آن پایین باید به دمای نسبتا پایین، عموما سردتر از -26 ° C (-15 ° F) سرد شود. به جای بخار آب، الکل به دلیل نقطه انجماد پایین آن استفاده می شود. اتاق های ابر با یخ خشک و یا خنک کننده ترموالکتریک Peltier خنک کننده هستند دستگاه های معمول تظاهرات و سرگرمی؛ الکل مصرف شده در آنها معمولا ایزوپروپیل الکل یا روح متیل است.

ساختار و عملیات[ویرایش]

محفظه ابر-نوع انتشار الکل (معمولا ایزوپروپانول) با یک بخاری در یک کانال در قسمت بالای اتاق تبخیر می شود. بخار خنک کننده به سمت صفحه ی سرد یخ زده می رود، جایی که کنسانتره می شود. با توجه به گرادیان درجه حرارت یک لایه از بخار پرتوزار بالا در بالای صفحه تشکیل شده است. در این منطقه، ذرات تابشی منجر به تراکم و ایجاد آهنگ های ابر می شوند

در اینجا اتاق های ابر فشاری مورد بحث قرار می گیرند. محفظه ای ساده از محیط محفوظ، یک صفحه گرم و یک ورق سرد سرد (نگاه کنید به شکل 2). این منبع الكتریسیته مایع در طرف گرم اتاق كه در آن مایع تبخیر می شود نیاز به تشکیل یک بخار دارد كه از طریق گاز از بین می رود و در صفحه ی سرد سرد می شود. نوعی اشعه یونیزه ای مورد نیاز است.

شکل 3)در یک محفظه ابر انتشاری، یک آهنگ 5.3 میلیونی آلفا ذرات از یک منبع پین Pb-210 در نزدیکی نقطه (1) تحت پراکندگی رادرفورد در نزدیکی نقطه (2) قرار می گیرد که با تتا زاویه حدود 30 درجه خنثی می شود. آن را دوباره در نزدیکی نقطه (3) scattery، و در نهایت می آید به استراحت در گاز. هسته هدف در محفظه گاز می تواند نیتروژن، اکسیژن، کربن یا هسته هیدروژن باشد. این انرژی کینتیکی کوانتومی را در برخورد الاستیک به وجود آورد تا باعث ایجاد یک مسیر ضعیف قابل مشاهده در نزدیکی نقطه (2) شود. (مقیاس در سانتیمتر است.)

متانول، ایزوپروپانول یا سایر بخارهای الکلی اتاق را اشباع می کند. الکل می افتد آن را به عنوان سرد و کندانسور سرد فراهم می کند شیب درجه حرارت. نتیجه یک محیط بیش از حد است. همانطور که ذرات باران پر انرژی از طریق گاز عبور می کنند مسیرهای یونیزاسیون را ترک می کنند. بخار الکلی در اطراف دنباله یون های گازدار که توسط ذرات یونیزه شده پشت سر گذاشته شده است. این به این دلیل رخ می دهد که مولکول های الکل و آب قطبی هستند و موجب جذب نیروی خالص به سمت اتهام رایگان در نزدیکی می شوند. نتیجه یک شکل خمیده مانند ابر است که توسط وجود قطرات به سمت کندانسور سقوط می کند. وقتی که آهنگ ها از یک منبع به صورت شعاعی خارج می شوند، نقطه شروع آنها به راحتی می تواند تعیین شود. [5] (برای مثال، به شکل 3 مراجعه کنید.)

درست بالای صفحه ی خازن یخچال، حجم محفظه ای است که حساس به آهنگ های یونیزاسیون است. دنباله ای یونی که توسط ذرات رادیواکتیو ترک شده است، یک ماژول بهینه برای تراکم و ایجاد ابر را فراهم می کند. این حجم حساس با استفاده از یک گرادیان شیب دما و شرایط پایدار در ارتفاع افزایش می یابد. [5] میدان الکتریکی قوی اغلب به منظور جلب ردیابی ابر به منطقه حساس محفظه و افزایش حساسیت محفظه استفاده می شود. میدان الکتریکی همچنین می تواند از جلوگیری از مقادیر زیادی از باران "پس زمینه" جلوگیری کند که از ناحیه حساس اتاق محسوب می شود، که از طریق تراکم تشکیل شده در بالای محفظه حساس محسوب می شود. یک پس زمینه سیاه و سفید باعث می شود که آهنگ های ابر را رعایت کنید. [5] به طور معمول یک منبع نور مماسی مورد نیاز است. این قطرات سفید در برابر پس زمینه سیاه رنگ را روشن می کند. اغلب آهنگ ها آشکار نیستند، تا زمانی که یک مخزن کم عمق الکل در صفحه کندانسور شکل نگیرد.

اگر میدان مغناطیسی درون محفظه ابر اعمال شود، ذرات مثبت و منفی بارگذاری شده در جهت مخالف منحرف خواهند شد، طبق قانون نیروی لورنتس؛ با این حال، با تنظیمات سرگرمی های کوچک، زمینه های کافی قوی وجود دارد.

آشکارسازهای ذرات دیگر[ویرایش]

اتاق حباب توسط دونالد گلاسر از ایالات متحده در سال 1952 اختراع شد و برای همین او جایزه نوبل فیزیک در سال 1960 را دریافت کرد. اتاق حباب به طور مشابه آهنگهای ذرات زیر اتمی را نشان می دهد، اما به عنوان مسیرهای حباب در یک مایع سوپر تبخیر، معمولا مایع هیدروژن است. اتاق های حباب را می توان از نظر فیزیکی بزرگتر از اتاق های ابر ساخته شده و از آنجا که آنها با مواد مایع بسیار متراکم پر شده اند، آنها آهنگ های ذرات پر انرژی بیشتری را نشان می دهند. این عوامل باعث شد که اتاق های حباب چندین دهه پیش از آن، آشکارساز ذرات غالب را به وجود آورد، به طوری که در اوایل دهه 1960، اتاق های ابر به طور موثر در تحقیقات بنیادین جایگزین شدند.

محفظه جرقه یک دستگاه الکتریکی است که با استفاده از شبکه ای از سیم های غیر ایزوله شده در یک محفظه، با ولتاژ بالا بین سیم ها اعمال می شود. ذرات باردار نیرومند باعث می شود یونیزاسیون گاز در امتداد مسیر ذره در همان همان اندازه در محفظه ابر ویلسون باشد، اما در این مورد، میدان های الکتریکی محیط به اندازه کافی بالا می آیند تا گاز شکسته شدن کامل در شکل جرقه در موقعیت یونیزاسیون اولیه. حضور و جایگزینی این جرقه ها سپس الکتریکی ثبت می شود و اطلاعات برای تجزیه و تحلیل بعد ذخیره می شود، مانند یک کامپیوتر دیجیتال.

اثرات متراکم مشابهی را می توان به ابرهای ویلسون، که همچنین به عنوان ابرهای متراکم، در انفجار بزرگ در هوای مرطوب و دیگر اثرات تکانه Prandtl-Glauert نامیده می شود، مشاهده می شود.

منابع[ویرایش]

  • Dasgupta، N. N.؛ Ghosh S. K. (1946). "گزارش در اتاق ابر ویلسون و کاربرد آن در فیزیک". بررسی فیزیک مدرن. 18 (2): 225-365.