Камера Вильсона

Атомным прибором огромной важности явилась ионизационная камера, сконструированная английским физиком Ч. Т. Р. Вильсоном. Это знаменитое изобретение принесло Вильсону Нобелевскую премию 1937 г., а созданная им камера Вильсона навсегда увековечила имя своего создателя. Камера возникла из наблюдения, сделанного в 1897 г., заключающегося в том, что ионы являются центрами конденсации водяных паров. Основываясь на этом наблюдении, Г. А. Вильсон предложил метод определения заряда электрона, из которого, как мы видели, развились методы Милликена. Статья Чарлза Томаса Риса Вильсона, описывающая это наблюдение, называлась "Конденсация водяного пара в присутствии обеспыленного воздуха и других газов". В истории лаборатории Кавендиша, вышедшей в 1910 г., Д. Д. Томсон, бывший в это время руководителем лаборатории, писал об открытии Вильсона: "Мы должны теперь рассмотреть замечательную серию исследований Ч. Т. Р. Вильсона об условиях конденсации воды в обеспыленных газах, насыщенных водяным паром. Эти исследования не только значительно увеличили наши знания по исследуемой проблеме, но и открыли новый и поразительный метод исследования свойств ионизационного газа".

Ч. Т. Р. Вильсон

Томсон был прав, назвав новый метод "поразительным", однако вряд ли он в то время, когда писал эти строки, представлял себе все могущество этого метода. В работах 1897 г. Вильсон показал, что центрами конденсации в обеспыленном воздухе являются ионы, производимые рентгеновскими или беккерелевыми лучами. При этом для образования капель на отрицательных ионах требовалось внезапное расширение до 1,252 первоначального объема, для образования же капель на положительных ионах требовалось расширение до 1,375 первоначального объема. Через год-два после того, как Томсон написал выше процитированные строки, Вильсон сделал сообщение (1911), в котором описал "метод обнаружения путей ионизирующих частиц во влажных газах, основанный на конденсации пара на ионах, непосредственно после образования этих ионов".

Схема камеры Вильсона

Первые результаты не удовлетворили Вильсона и в 1912 г. он окончательно нашел конструкцию прибора, получившего позже название камеры Вильсона.

Первые фотографии Вильсона (Таблица I)

Приведем первые вильсоновские фотографии с его пояснениями.

Первые фотографии Вильсона (Таблица II)

"Эти рисунки представляют собою снимки с фотографий облачков, конденсировавшихся на ионах, которые освобождаются при прохождении лучей разного рода сквозь влажный газ. В последующем ₁ обозначает плотность воздуха перед расширением (по отношению к насыщенному водяным паром воздуху при 15° С и 760 мм рт. ст.), ₂ - плотность после расширения, ^v₂/_v1 - величину расширения, V - разность потенциалов между крышкой и дном ионизационной камеры в вольтах, М - увеличение фотографического аппарата. Во всех случаях крышка камеры была положительна, так что отрицательные ионы двигались вверх, положительные же - вниз.

Ионизация α-лучами.

Фотографии Вильсона (увеличенные) (Таблица III)

Ось фотографической камеры вертикальна; горизонтальный слой глубиной в 2 см освещается ртутной искрой.

Рис. 1 (табл. I). α-лучи радия. Одни из α-частиц прошли сквозь воздух до расширения, другие - после него.

 ₁ = 0,98, ^v₂/_v1 = 1,36, ₂ = 0,72, V = 40 в, М = ¹/_2,18.

Рис. 2 (табл. I). α-лучи радия. Все α-частицы прошли сквозь воздух после расширения.

 ₁ = 0,97, ^v₂/_v1 = 1,33, ₂ = 0,73, V = 40 в, М = 1,05.

Рис. 3 (табл. I). α-лучи радия. Увеличение части рис. 2.

 ₁ = 0,97, ^v₂/_v1 = 1,33, ₂ = 0,73, V = 40 в, М = 2,57.

Рис. 4 (табл. I). α-лучи радиевой эманации и активного осадка.

 ₁ = 1,00, ^v₂/_v1 = 1,36, ₂ = 0,74, V = 40 в, М = ¹/₁₂₄.

Рис. 5 (табл. I). Полный путь α-частицы, выброшенной радиевой эманацией.

 ₁ = 0,97, ^v₂/_v1 = 1,36, ₂ = 0,71, V = 40 в, М = 1,16.

Ионизация α- и β-лучами. Источник лучей - на рисунках справа. Ось фотографической камеры - горизонтальна (установка рис. 4 в тексте).

Фотографии Вильсона (увеличенные) (Таблица IV)

Рис. 1 (табл. II). α- и β-лучи радия.

 ₁ = 0,98, ^v₂/_v1 = 1,33, ₂ = 0,74, V = 30 в, М = 6,0.

Рис. 2 (табл. II). β-лучи, вызванные γ-лучами.

 ₁ = 1,00, ^v₂/_v1 = 1,34, ₂ = 0,75, V = 40 в, М = 6,0.

Рис. 3 (табл. II). β-лучи радия.

 ₁ = 0,99, ^v₂/_v1 = 1,31, ₂ = 0,76, V = 40 в, М = 2,45.

Рис. 4 (табл. II). β-лучи. Увеличение части рис. 3.

 ₁ = 0,99, ^v₂/_v1 = 1,31, ₂ = 0,76, V = 40 в, М = 6,0.

Так начала победный путь камера Вильсона.

24xxx.me