Камера Вильсона

Фотография треков от ионизирующего излучения в камере Вильсона (короткие: от α-частиц, длинные: от β-частиц). Анимационная версия.

Ка́мера Ви́льсона (она же туманная камера) — один из первых в истории приборов для регистрации следов (треков) заряженных частиц.

Изобретена шотландским физиком Чарлзом Вильсоном между 1910 и 1912 г. Принцип действия камеры использует явление конденсации перенасыщенного пара: при появлении в среде перенасыщенного пара каких-либо центров конденсации (в частности ионов, сопровождающих след быстрой заряженной частицы) на них образуются мелкие капли жидкости. Эти капли достигают значительных размеров и могут быть сфотографированы. Источник исследуемых частиц может располагаться либо внутри камеры, либо вне её (в этом случае частицы залетают через прозрачное для них окно).

В 1927 г. советские физики П. Л. Капица и Д. В. Скобельцын предложили помещать камеру в сильное магнитное поле, искривляющее треки, для исследования количественных характеристик частиц (например, массы и скорости).

Камера Вильсона представляет собой ёмкость со стеклянной крышкой и поршнем в нижней части, заполненную насыщенными парами воды, спирта или эфира. Пары тщательно очищены от пыли, чтобы до пролёта частиц у молекул воды не было центров конденсации. Когда поршень опускается, то за счет адиабатического расширения пары охлаждаются и становятся перенасыщенными. Заряженная частица, проходя сквозь камеру, оставляет на своем пути цепочку ионов. Пар конденсируется на ионах, делая видимым след частицы.

Камера Вильсона сыграла огромную роль в изучении строения вещества. На протяжении нескольких десятилетий она оставалась практически единственным инструментом для визуального исследования ядерных излучений и исследования космических лучей:

• В 1930 году Л. В. Мысовский с Р. А. Эйхельбергером проводили опыты с рубидием и в камере Вильсона было зарегистрировано испускание β-частиц. Позже была открыта естественная радиоактивность изотопа ⁸⁷Rb.
• В 1932 г. К. Д. Андерсон обнаружил в космических лучах позитрон.
• В 1934 году Л. В. Мысовский с М. С. Эйгенсоном проводили эксперименты, в которых при помощи камеры Вильсона было доказано якобы присутствие нейтронов в составе космических лучей. (Примечание: Время жизни нейтронов (около 10 минут) не позволяет им быть в составе космических лучей, они могут лишь образовываться при ядерных реациях с участием космических лучей.)

В 1927 году Вильсон получил за своё изобретение Нобелевскую премию по физике. Впоследствии камера Вильсона в качестве основного средства исследования радиации уступила место пузырьковым и искровым камерам.

См. также

• Пузырьковая камера
• Метод толстослойных фотоэмульсий
• Искровая камера