Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Конструкция диффузионной камеры проще, чем устройство камеры Вильсона. Вместо движущегося поршня снизу ее закрывает металлическая пластинка, охлаждаемая снаружи сухим льдом. Вблизи верхнего стекла, температура которого поддерживается на уровне комнатной, помещается кольцевой лоток со спиртом. Спирт непрерывно испаряется, образуя в верхних слоях камеры насыщенные пары. Эти пары постепенно проникают (диффундируют) в нижние, более холодные слои газа камеры, и если при относительно высокой температуре верхних слоев пар был насыщенным, то здесь он становится пересыщенным. Следовательно, в определенном слое диффузионной камеры непрерывно поддерживаются такие же условия, какие возникают в камере Вильсона в момент расширения. Бели в этот слой влетит заряженная частица, то вдоль ее пути возникнет след из капелек тумана, которые затем постепенно осядут на дно.
Непрерывная чувствительность диффузионных камер позволяет использовать их для наблюдения очень редких процессов. С их помощью можно зарегистрировать буквально все частицы, образующиеся при распаде какого-нибудь очень слабого источника. Однако в некоторых случаях непрерывная чувствительность из достоинства превращается в недостаток: в первую очередь это относится к работе в условиях сильного фона постороннего излучения, с чем неизбежно приходится сталкиваться при экспериментах на ускорителях.
87
Диффузионная камера — устройство весьма капризное. Лишь через 15 лет после ее изобретения с ней были получены первые удовлетворительные фотографии следов частиц. В 50-х годах диффузионные камеры начали применять при различных * исследованиях, но используют их гораздо реже, чем обычные камеры Вильсона.
ПУЗЫРЬКОВЫЕ КАМЕРЫ
И в камере Вильсона, и в диффузионной камере рабочим телом, тормозящим пролетающие частицы, является газ. Это обстоятельство весьма удобно при изучении частиц не очень высоких энергий, так как пробеги таких частиц в газе достаточно велики, чтобы их можно было разглядеть простым глазом. Но очень быстрые частицы — входящие в состав космических лучей или получаемые на современных ускорителях — пробегают в воздухе до остановки многие десятки метров. Поэтому в камерах реальных размеров укладывается только малая часть их пробега, тогда как для измерения основных характеристик пролетевшей частицы необходимо видеть весь ее след.
Для того чтобы регистрировать частицы столь больших энергий, необходимо увеличить плотность рабочего вещества. Была построена камера Вильсона, работающая на сжатом газе при давлении 200 атм (около 2-Ю7 Па). Но даже эта плотность не удовлетворяет исследователей. Естественно было задуматься над тем, нельзя ли построить аналогичную камеру с заменой газа жидкостью.
На первый взгляд кажется, что вопрос поставлен нелепо. Ведь жидкости уже не во что конденсироваться! Однако известно, что если пар может быть пересыщенным, то жидкость может быть перегретой. Такая жидкость всегда стремится вскипеть, но если она очень чистая и находится в сосуде с гладкими чистыми стенками, то образование пузырьков может существенно задержаться и состояние перегрева без вскипания может сохраняться в течение нескольких секунд и даже минут. Если же в перегретой жидкости появятся какие-нибудь инородные частицы, то они станут центрами парообразования аналогично тому, как в пересыщенном паре они были бы центрами конденсации, и жидкость тут же вскипит. В этом можно убедиться, всыпав в перегретую жидкость немного песку. Центрами парообразования могут стать и ионы. Вот это обстоя-
88
Рис. 23. меры
Схема пузырьковой ка-
тельство и позволило Глей-зеру в 1952 году создать новый тип детектора элементарных частиц - пузырьковую камеру.
Рабочая жидкость находится в прочном сосуде с толстыми стеклянными стенками (рис. 23), через которые можно наблюдать происходящее внутри. Жидкость поддерживается при температуре выше нормальной температуры кипения. Однако до начала работы она не кипит, так как находится
под давлением выше атмосферного, создаваемым поршнем. Непосредственно перед наблюдением давление резко уменьшается и жидкость оказывается в перегретом состоянии. В реальных камерах такое состояние длится очень недолго: обычно уже через несколько тысячных долей секунды вся жидкость закипает. Но если в течение этого короткого промежутка времени в жидкость попадает быстрая заряженная частица, то первые пузырьки газа возникают на образованных ею ионах и след частицы на мгновение становится видимым. Остается лишь успеть его сфотографировать.
Рабочим веществом в пузырьковых камерах могут быть или легкокипящие органические жидкости (например, пропан), или сильно охлажденные сжиженные газы (например, водород). Пузырьковые камеры делают больших размеров, полезным объемом десятки и даже сотни литров. Таким образом, пузырьковая камера - это весьма сложное и громоздкое сооружение массой порою несколько тонн, зато с ее помощью удается получить снимки, которые невозможно сделать никакими другими способами.
СТЕКЛО B РОЛИ ДЕТЕКТОРА
Оказывается, что заряженные частицы оставляют следы во многих веществах, в том числе и в обычном стекле. Пролетая через слой вещества, тяжелая частица не только ионизует встречные атомы, но и "расталки-
