Основы экспериментальных методов ядерной физики - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
или при малых значениях у A W ^T1 = 300° К
S « (1 — у AW) expi [8,79А W (у — 1)].
Из приведенных соотношений !видно, что пересыщение при заданных начальных условиях (Т и jy) тем больше, чем больше расширение. Правда, S (AW) имеет максимум, который при у = = 1,3 и T « 300° К Достигается при очень больших, не представляющих интереса значениях AW (около 5 — 6). Кроме того, из этих же соотношений видно, что при заданном значении AW пересыщение тем больше, чем больше у.
249- Есть одно очевидное требование при конструировании камеры. Желательно, чтобы необходимое пересыщение в камере наступала при возможно меньших расширениях. Чем меньше расширение, тем меньше нагрев камеры при сжатии и тем меньше турбулентные движения газа и, следовательно, лучше качество трека. При малых расширениях можно избежать целый ряд трудностей в изготовлении системы механического привода. Поэтому целесообразно так выбрать начальные условия и такую паро-газовую смесь, чтобы необходимое пересыщение было достигнуто при наименьшем расширении. Поэтому при заданной начальной температуре и заданном давлении газа надо подобрать такую паро-газовую смесь, которая будет обладать наибольшим значением у. Из (8.5) видно, что целесообразно использовать одноатомные газы, для которых yg больше, чем для многоатомных. Значения Yn для паров меньше, чем для одноатомных газов (для аргона yg = 1,66, для паров воды Yh2O = = 1,30, для паров спирта Yc2H1OH = 1,13). Поэтому выбирают такую жидкость, для которой величина р/(уп — 1) (ря + р) была по возможности меньшей. Это значит, что при заданной начальной температуре выбирают жидкость, у которой наименьшее давление паров и наибольшее значение Yn- Поскольку давление насыщенных паров спирта при данной температуре выше давления насыщенных паров воды и поскольку Yh2O > успигта> то пересыщение при заданном расширении будет больше, если использовать пары воды. В табл. 8.1 приведены пересыщения для разных смесей при расширении, равном 1,25, начальной температуре 293° К и начальном давлении газа 1,5 атм.
Таблица 8 J
Зависимость пересыщения от газа
газ пар Т„ 0K p11 мм pm. ст. p21 мм рт. ст. s
Ar H2O 1,66 253 17,5 0,77 15,6
Воздух H2O 1,40 267 17,5 2,97 4,2
CO2 H2O 1,31 273 17,5 4,68 2,8
Воздух C2H5OH 1,37 270 44,0 3,41 3,41
Пересыщение при прочих равных условиях зависит от давления неконденсирующегося газа. Если yg > Yn> то чем выше давление газа, тем больше пересыщение при данном расширении. Работа при более высоких начальных давлениях, кроме того, увеличивает число пар ионов на единице пути частицы (плотность центров конденсации), что делает треки более четкими. Однако чрезмерное увеличение давления газа в камере будет увеличивать ее инерционность (см. ниже).
Повышение начальной температуры при прочих равных условиях приводит к увеличению необходимого расширения ДЛЯ дости-
250- женин заданного пересыщения. Этот вывод не является очевидным, поскольку, с одной стороны, чем выше начальная температура, тем выше давление пара и, следовательно, меньше Y, а с другой стороны, увеличение начальной температуры приводит к росту показателя экспоненты в (8.9). Насколько сильно влияние начальной температуры, можно судить по приведенным ниже цифрам. Для смеси воздух—этиловый спирт (полное давление 1140 мм рт. ст.) при расширении 1,2 пересыщение равно 2,08 при начальной температуре 40° С, а при температуре IO0 С — 2,65. Итак, получение необходимых пересыщений при минимальных расширениях требует уменьшать начальную температуру, повышать давление газа, использовать благородные (одноатомные) газы.
Образование и рост капель в пересыщенном паре. Как происходит рост капель в пересыщенном паре, легко понять, если принять во внимание соотношение Кельвина, которое связывает давление насыщенных паров над плоскостью P00 и над каплей радиусом г.
Pr = Роо ехр [2аMKrRTp)]. (8.10)
Здесь а — поверхностное натяжение; R — газовая постоянная; р — плотность жидкости; T — температура. Для водяного пара при T = 293° К это соотношение имеет следующий вид:
рг = P00 ехр [1,09 • 10-Vr], (8.11)
где г — в см.
Давление паров над каплей радиуса г всегда больше давления насыщенных паров над плоскостью P00. Правда, это различие невелико, если радиус капли г > Ю-7 см. Если в паро-газовой смеси при S=I появятся капли, то они испарятся, поскольку pr > P00. В случае объема с пересыщенным паром давление над каплей определяется тем же соотношением (8.10), а давление пара в объеме Sp00. При этом давление пара над каплей р,. может быть и больше и меньше давления паров в объеме Spx в зависимости от пересыщения и радиуса капли. Найдем такой радиус капли гк (критический радиус), при котором давление паров над каплей будет равным Sp00. Из (8.11) получаем rK = 1,09 • 10_7/ln S. Пусть в объеме с заданным пересыщением S образовались капли радиуса г < гк. Для этих капель рт > Sp00. Они будут испаряться. Если в объеме появятся капли с радиусом г > гк, то рг < Sp00, и эти капли начнут расти. Их рост будет продолжаться до тех пор, пока они не «упадут». Это значит, что в паро-газовой смеси капли жидкости могут, быть в равновесии только при г = rK. Но это состояние неустойчивое, поскольку в результате флуктуаций радиуса капель они или испарятся, или упадут. Таким образом, если в некотором объеме существует пересыщенное состояние пара, то для его конденсации необходимо образование центров конденсации (капель), с радиусом
