Теоретичні відомості, опис приладів та методики вимірювання

Камера Вільсона відноситься до так званих трекових детекторів іонізуючого випромінювання. Всередині її робочого об'єму отримуються видимі сліди траєкторій польоту швидких заряджених частинок. Це досягається конденсацією перенасиченого пару, що заповнює об'єм камери, на центрах конденсації, якими є іони, що утворюються вздовж траєкторії польоту зарядженої частинки. Пар конденсується в краплі, що досягають видимих розмірів, і траєкторія частинки являє собою ланцюжок таких крапель − трек. Треки спостерігають безпосередньо, або фотографують декількома фотоапаратами для отримання стереоскопічного зображення. Вивчення параметрів треків (його довжини, кривини в магнітному полі, кількості крапель на одиницю довжини і т.і.) дає можливість зробити висновки про природу та властивості частинки.

Камера Вільсона дає змогу проводити фізичні дослідження в дуже широкому діапазоні енергій частинок (10³ − 10¹⁰) еВ/с. Винайдена англійським фізиком Вільсоном у 1911 р., камера була єдиним трековим детектором до 40-х років, звільнивши місце дифузійним, бульбашковим та іскровим камерам. Однак у наш час за рахунок створення багатопластинчастих камер великих розмірів керування їх роботою лічильниками, камера Вільсона з успіхом конкурує з іншими трековими приладами.

У цій роботі використовується демонстраційна камера Вільсона з джерелом a-частинок, що весь час знаходиться всередині камери у вигляді тонкого шару радіоактивної речовини, нанесеної на стержень 7 (рис. 40).

Корпус камери являє собою пластмасове кільце 1, що; має з двох боків колові канали 3.

Робочий об'єм камери обмежений зверху і знизу двома прозорими пластинами з оргскла 6, що приклеєні до торцьових поверхонь корпуса. Він сполучений з коловими каналами корпусу через дві колові щілини 4, що утворені бортиком 5 і прозорими пластинками 5. Ширина щілин калібрована і складає 0,03 мм. Через вертикальний отвір 10 колові канали за допомогою штуцера 2 з гнучкою трубкою з'єднуються з пробіркою 9, в якій знаходиться робоча суміш.

Пробірка також з'єднується о гумовою грушею 9 через перехідник 11. Робоча суміш складаються з етилового спирту (60 %,), дистильованої води (15 %) і ацетону (25 %). Вона знаходиться в пробірці у вигляді рідини і насиченої пари, яка переводиться у стан перенасичення шляхом зниження температури. Стан перенасичення в нестійким, і при виникненні центрів конденсації (наприклад, іонів) пар конденсується на них.

Плавно (повільно) стискуючи грушу, ізотермічно підвищують тиск у робочому об'ємі камери. Потім різко відпускають грушу. В результаті адіабатичного розширення пара охолоджується і переходить у стан перенасичення, який відбувається одночасно в усьому об'ємі камери внаслідок спеціальної конструкції каліброваних щілин 4. Регулюючий гвинтовий затискач 11 забезпечує необхідну швидкість розширення, при якій треки стають більш помітними. Найкраща якість треків отримується, якщо співвідношення "початкового" і "кінцевого" об'ємів камери складає величину 1,32 − 1,36.

Робочий простір камери Вільсона проектується на екран за допомогою проекційного ліхтаря. Треки, що спостерігаються, швидко зникають, тому що з результаті нагрівання відбувається швидке випаровування сконденсованих крапель.

Так як джерело радіоактивного випромінювання випускає частинки неперервно, то в камері дуже швидко може утворитися велика кількість іонів, які дифундуючи, рівномірно розподіляються по всьому об'єму. В таких умовах спостереження слідів частинок, що з'являються знову, стає неможливим із-за утворення суцільного туману. Відвернути це явище можна за рахунок "відсосу" та нейтралізації іонів зарядами статичної електрики, які можна утворити на поверхні оргскла 6 натиранням його суконним або ватним тампоном.