雲室

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雲室是全國科學技術名詞審定委員會審定、公布的科技術語。

漢字，中國古人智慧的結晶。千百年間，它經歷了「甲金篆隸草楷行」的發展。從記錄的工具到藝術的載體，它的身上，傾注了無數先人的心血。

目錄

名詞解釋

雲室（cloud chamber）是顯示能導致電離的粒子徑跡的裝置，早期的核輻射探測器，也是最早的帶電粒子探測器，由C.T.R.威爾遜1896年提出的，故稱威爾遜雲室。

雲室是在一定空間里模擬的雲霧條件下進行不同雲物理實驗研究的設備，容積有大有小。容積為立方米以上的大體積雲室是固定的，可用於進行多種雲物理實驗研究；容積為幾到幾十升的小型混合雲室主要用於外場自然冰核觀測，也可進行播雲催化劑成冰性能的檢測。

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μ介子（μ+、μ-）、Κ0、Λ、Ε-等粒子。

發明

1895年秋，德國物理學家倫琴發現X射線的消息傳到英國，1896年初，卡文迪什實驗室主任J·J·湯姆孫就開始了空氣受X射線照射後導電特性的研究，並提出氣體電離理論。威爾遜因而有機會接觸當時原始形式的X射線管。他用X射線照射雲室，發現在膨脹比達到一定限度時形成了雲霧。這個實驗表明，X射線產生了大量的凝結核，它們和空氣中產生的極少量的核同屬一類。在此後的兩年中，威爾遜用他發明的膨脹儀研究了X射線、新發現的鈾射線、紫外線、尖端放電及其他方法在空氣中產生的凝結核。實驗結果表明，由純粹電離作用產生的核使水蒸氣凝聚所要求的最小過飽和值全都相同，由電離作用產生的凝結核在電場中的性質表明它們確實是帶電離子。這就支持了J·J·湯姆孫的氣體電離理論。這些研究報告於1898年秋送交了皇家學會。

帶電粒子看不見，但帶電粒子作為凝結核可以使水蒸氣在它周圍凝成霧珠，霧珠是看得見的。可以利用這個性質來顯示帶電粒子的蹤跡。遺憾的是，由於威爾遜忙於別的研究工作，沒有繼續從事這方面的研究。

直到1910年，威爾遜重新開始了膨脹雲室的研究，他現在思考的問題是使已知電荷的離子通過凝聚而成為可見的、可數的和可照相的痕跡的方法。當時，α和β射線的微粒性概念已得到人們的確認，他想，當帶電粒子穿過空氣時由於和空氣中的氣體分子碰撞而使氣體分子電離，從而在入射粒子的運動路徑上生成大量的正負離子對，過飽和的水蒸氣將以這些正負離子為核心凝成霧珠，而霧珠是可見的和可照相的。有了這種想法，威爾遜開始着手試驗膨脹儀器的最合適的形狀，尋找拍攝雲霧顆粒的瞬時照相的有效方法。1911年春，試驗尚未完成。有一天，他用已做好的粗糙儀器試驗一下能否看見某些痕跡，實驗用的是X射線，雖然沒抱多少成功的希望，但結果卻令他欣喜：雲室中出現了雲霧構成的細小線條，這些線條就是由於射線作用而產生的電子的徑跡。後來，他把閃爍鏡上裝有鐳的金屬片放到雲室里，第一次看到了沿α粒子徑跡凝聚成的非常漂亮的雲霧圖像；當讓適當的放射源靠近雲室時，還看到了快速β粒子的長線狀徑跡。1911年夏，可拍照的膨脹雲室終於設計完成了，他用α粒子的徑跡照片，證實了W·H布拉格不久前關於X射線粒子性的分析。威爾遜指出，要得到一張好的雲室徑跡照片，需要滿足兩個條件：首先，膨脹不能攪動氣體。為了保證這一點，可使用扁而寬的雲室，它的底可以突然下降，可根據要求增加容積。其次，雲室內不能有「塵埃」粒子，也不能有離子，待觀察的電離離子除外。為此，需在雲室的頂部和底部之間加一個電場。