威爾遜雲室

威爾遜雲室

當時盧瑟福等一些青年科學家都是劍橋大學卡文迪許實驗室的研究生,威爾遜經常和他們一起參加茶餘飯後的討論。1894年,威爾遜在英國第一高峰蘇格蘭的本內維斯峰的天文台度過了幾個星期的時間。在那裡,他看到了陽光返照雲彩的奇景,使他想在實驗室中再現它們,這就使他走上了發明雲室的道路。

簡介

威爾遜雲室 威爾遜雲室

查爾斯·湯姆遜·里斯·威爾遜(Charles Thomson Rees Wilson)1869年2月14日生於英國蘇格蘭愛丁堡附近的格倫科西,父親在蘇格蘭因試驗牧羊農場而很有名。威爾遜1892年畢業於劍橋大學西得尼·薩賽克斯學院,後在劍橋大學一面做實驗研究,一面當醫學系的實驗演示員。

設計形成

1895年,他設計了一套設備,使水蒸氣冷凝來形成雲霧。當時人們認為,要使水蒸氣凝結,每顆霧珠必須有一個塵埃為核心。威爾遜仔細除去儀器中的塵埃後發現,無需塵埃,而用X射線照射雲室時,雲霧立即出現,這證明凝聚現象是以離子為中心出現的。經過四年研究,他總結出,當無塵空氣的體積膨脹比為1.25時,負離子開始成為凝聚核心;當膨脹比為1.28時,負離子全部成為凝聚核心。對於正離子來說,膨脹比為1.31時開始成為凝聚核心,膨脹比為1.35時全部成為凝聚核心。另一方面,他還指出,離子的電荷對水蒸氣分子產生作用力,有助於霧珠的擴大。1912年,威爾遜為雲室增設了拍攝帶電粒子徑跡的照相設備,使它成為研究射線的重要儀器。用這個雲室拍攝了α粒子的圖象。

獲獎

1927年,威爾遜因發明雲室而與康普頓同獲諾貝爾物理學獎。

威爾遜還研製了靈敏靜電計,用拴住的氣球升到不同高度測量大氣中的電場,發現在晴朗的天空中,總存在方向指向地面的電場,電位梯度為100V/m~200V/m,整個地球的負電荷總量約為5×10∧5C。威爾遜從他的雲室研究中知道負電荷核心聚集的水滴較大,他認為雨雲一定是頂部帶正電,底部帶負電的,因此雨水落下來使地球帶負電。

1959年11月15日,威爾遜在蘇格蘭卡洛普斯去世,終年90歲。1956年,當他87歲時,他作為英國皇家學會年紀最大會員,還向學會遞交了最後一篇論文《雨雲電學原理》。

選自

:《物理教師手冊》

雲室

cloud chamber

早期的核輻射探測器,也是最早的帶電粒子徑跡探測器。1896年由C.T.R.威爾遜發明,又稱威爾C.T.R.威爾遜改進過的雲室(1912)威爾遜雲室。利用純淨的蒸氣絕熱膨脹,溫度降低達到過飽和狀態,這時帶電粒子射入,在經過的路徑產生離子,過飽和氣以離子為核心凝結成小液滴,從而顯示出粒子的徑跡,可通過照相拍攝下來。雲室中的氣體大多是空氣或氬氣,蒸氣大多是乙醇或甲醇。根據徑跡上小液滴的密度或徑跡的長度可測定粒子的速度;將雲室和磁場聯用,根據徑跡的曲率和彎曲方向可測量粒子的動量和電性,從而可確定粒子的性質。在歷史上,雲室對粒子物理起過重大作用,曾用它發現了e+、μ-、Κ+0和Λ、Ξ-等粒子。

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