윌슨 클라우드 챔버는 미스트 트레일 형태의 아 원자 입자 및 방사선의 트랙을 나타내는 입자 검출기입니다. 그것은 주로 1900 년대 초에 사용되었습니다.
알코올, 투명 용기 및 드라이 아이스 만 사용하여 소파의 편안함에서 아 원자 입자 (및 방사선)의 통과를 볼 수 있다는 것을 알고 있습니까?
걱정하지 마세요. 나도 몰랐어요!
결과적으로, 앞서 언급 한 구성 요소는 몇 가지지지적이고 보호적인 장비 조각과 함께 방사선을 관찰하기 위해 사용되는 클라우드 챔버 (유형의 입자 검출기)를 구축하기에 충분합니다. Wilson Cloud Chamber의 사용은 대부분 과거의 일이지만,이 장치는 포트론과 뮤온 (아 원자 입자)의 발견에 도움이되었으며, 무엇보다도 입자 물리학 분야에서 가장 중요한 발명품 중 하나입니다.
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윌슨의 원래 클라우드 챔버.
공기 흡입 밸브의 폐쇄에이어서 제어 챔버와 진공 챔버 사이에 설치된 배기 밸브가 열렸다. 밸브는 제어 챔버의 공기가 탈출을 허용하여 민감한 챔버의 공기가 피스톤을 팽창시키고 밀어 내기 위해 공기를 공간으로 만들었습니다. 공기 의이 반복 압축 확장 주기로 인해 윌슨의 클라우드 챔버는 확장 클라우드 챔버라고도합니다. 그러나 피스톤은 육포 운동을 초래하고 나중에 고무 다이어프램으로 대체되었습니다.
Wilson Cloud Chamber의 작업
구름 챔버는 아 원자 입자 자체를 나타내지 않지만, 작동 증기의 응축으로 인한 미세 안개 형태로 트랙을 드러냅니다. 각각의 개별 아 원자 입자의 통과는 독특한 미스트/구름 트레일을 초래하여 이들을 식별하고 그들의 특성과 행동을 연구하는 데 도움이됩니다.
클라우드 챔버의 작동은 포화 공기의 확장과 피스톤의 하향 변위로 시작됩니다. 여기서 열역학의 첫 번째 법칙에 따르면, 공기는 내부 에너지를 희생시키면서 피스톤에 대한 작업을 수행합니다. 공기의 내부 에너지 감소는 온도의 감소로 인해 반영됩니다. 결과적으로, 포화 공기는 증기가 단지 응축 되려고하지만 추가 자극이 필요한 초포화 상태에 도달합니다. 이 여분의 자극은 민감한 챔버를 통한 하전 입자의 교차에 의해 제공됩니다.
민감한 챔버를 통과하는 하전 하전 하전 아 원자 입자는 궤도에서 전자를 노크하여 공기 분자를 이온화합니다. 이온화 분자는 서로를 유치하고 이온화 된 가스 분자의 흔적을 형성합니다. 이 트레일은 과포화 증기를위한 축합 센터로 작용하고 눈이 깜박이고 작은 물방울의 물방울이 챔버를 정착시키기 전에 안개가 자욱한 트레일을 형성합니다. 트레일은 보통 몇 초 동안 지속되며 특성은 이온화 입자에 따라 다릅니다.
첫 번째 양전자의 흔적은 클라우드 챔버를 사용하여 관찰했습니다. (사진 크레딧 :Carl D. Anderson/Wikimedia Commons)
최상의 결과를 얻으려면 방사선 원 (방사성 요소)이 일반적으로 사용되지만, 지구 대기권에 지속적으로 들어가는 우주선 뮤온이 있기 때문에 챔버는 소스가없는 경우에도 작동합니다. Wilson의 원래 클라우드 챔버의 주요 단점에는 불연속 작동 흐름과 초당 감지 할 수있는 제한된 양의 입자가 포함되었습니다.
.1936 년, Alexander Langsdorf는 확산 구름 챔버를 건설하여 방사선을 지속적으로 감지하고 동결이 낮아서 수증기 대신 알코올을 이용할 수있었습니다. 확산 구름 챔버는 따뜻한 상단과 차가운 바닥이있는 간단한 유리 용기를 사용하여 Wilson의 원래 클라우드 챔버의 구성을 단순화했습니다. 양쪽의 덕트는 용기로 흐르는 알코올을 기화하는 데 도움이되었으며 바닥은 일반적으로 드라이 아이스를 사용하여 냉각됩니다.
상단과 하단 표면 사이의 온도 차이는 가파른 온도 구배를 제공하여 포화 증기를 깎아 초포화 된 상태를 얻습니다. 온도 구배가 항상 유지되고 챔버가이를 달성하기 위해 피스톤을 사용하지 않기 때문에, 방사선의 통과는 지속적으로 감지 될 수있다. 나머지 작업 절차는 Wilson의 원래 클라우드 챔버와 동일합니다.
확산 구름 챔버. (사진 크레딧 :Nuledo/Wikimedia Commons)
최종 단어
거의 30 년 동안 윌슨 클라우드 챔버는 주요 입자 검출기였으며 입자 물리학 연구의 최전선에 서있었습니다. 챔버의 30 년 통치는 다른 우수한 챔버, 즉 버블 챔버, 스파크 챔버, 와이어 챔버 등의 발명으로 결론을 내렸다.
버블 챔버는 윌슨의 입자 검출기의 작동 원리를 공유하지만 향상된 구조를 자랑하며보다 활력이 많은 입자의 트랙을 드러 낼 수 있습니다. 스파크 챔버의 전진 인 와이어 챔버는 초당 최대 1,000 개의 입자를 감지 할 수있는 반면, 기포 챔버는 초당 1-2 입자 만 감지 할 수 있습니다.
위에서 언급 한 입자 검출기 (Charles Wilson, Donald Glaser &Georges Charpak)의 발명가는 모두 현장에서 여러 필수 연구를 위해 도구를 건설 한 물리학에서 노벨상을 수여했습니다. 그 남자와 그들의 기계가 없다면, 우리가 현재 아 원자 입자와 방사선에 대해 알고있는 많은 것들이 여전히 미스터리에 가려질 것입니다!
