| |
 Při pohledu na oblohu občas uvidíme dlouhé bílé stopy vysoko letících proudových letadel. Vodní páry, obsažené ve vzduchu, za vhodných podmínek kondenzují na částicích výfukových plynů a vytvářejí malé kapičky mlhy. Samotné letadlo mnohdy ani nevidíme, ale mlžné pruhy nám prozradí, odkud a kam letí.
C. Wilson v roce 1897 dokázal, že ke kondenzaci mírně přesycených par může dojít i na iontech. Na tomto principu pracují také mlžné komory. Osvítíme-li ze strany mlžnou stopu, můžeme dráhu ionizující částice pozorovat, fotografovat a proměřovat.
V roce 1911 zkonstruoval C. Wilson první „dráhový detektor“, expanzní mlžnou komoru o průměru 16 cm. Uvnitř komory jsou vodní nebo alkoholové páry, k jejich mírnému přesycení dojde prudkou adiabatickou expanzí a následným ochlazením. Prolétající elektricky nabitá částice vyvolá ionizaci a na vzniklých iontech se podél dráhy částice vytvoří drobné kapičky - mlha.
V původní Wilsonově komoře došlo ke snížení tlaku rychlým posunutím pístu ve válcové komoře se skleněným horním víkem. Posun nastal po otevření ventilu do nádoby, z níž byl vyčerpán vzduch. Nevýhodou expanzní komory je velmi krátká doba, po kterou jsou páry přesycené (jen 0,05 až 2 s). Z původní konstrukce se později vyvinuly dokonalejší typy, upravené pro různé účely.
Původní Wilsonova komora (1911) |
Komora z r. 1922 |
Fotografie mlžných stop |
První komoru tohoto typu sestrojil roku 1939 A. Langsdorf, ale v rozsáhlé míře se začala používat její zdokonalená verze až po roce 1950. Vrstva přesycené páry se vytváří tak, že horní víko komory je zahříváno topnou spirálu, zatímco dno má velmi nízkou teplotu. Ochlazuje se např. tuhým oxidem uhličitým CO2 (tzv. suchý led). V horní části jsou páry nenasycené, ale těsně nade dnem je vrstva přesycených par. Právě tam může dojít ke kondenzaci na vzniklých iontech a ke zviditelnění drah částic. Stopy jsou ještě více zvýrazněny vhodným osvětlením.
Svislý řez difúzní komorou |
Mlžné stopy ionizujících částic |
Chcete na vlastní oči vidět mlžnou komoru v činnosti? Není nic jednoduššího - navštivte Informační středisko Jaderné elektrárny Temelín. Zdejší mlžná komora má pozorovací plochu 80 x 80 cm. Její konstrukce umožňuje do pozorovacího prostoru zavádět i umělé zářiče a předvádět zajímavé experimenty. K nejpůsobivějším patří pozorování radioaktivního rozpadu plynu Rn220 (thoron). Poločas jeho rozpadu je jen 55 s a během několika minut klesne množství radionuklidu asi 1000x a v mlžné komoře už další stopy tohoto rozpadu nepozorujeme.
Mlžná komora v inf. středisku |
Stopy záření kolem nás |
Rozpad thoronu |
Prototyp bublinové komory sestrojil roku 1952 mladý americký fyzik D. Glaser. V tomto detekčním přístroji je přehřátá kapalina pod velkým tlakem v nestabilním stavu. Sebemenší zárodek dá podnět k bouřlivému varu a vytvoření bublinek plynu. Podobně jako ve Wilsonově komoře jsou i zde takovými zárodky ionty, vytvořené průletem nabité částice. Podél dráhy prolétávající částice se vytvoří sled viditelných bublinek. Stav přehřátí kapaliny se velmi přesně reguluje změnami tlaku. Snížením tlaku vznikne přehřátá kapalina a registrují se dráhy částic. Zvýšením tlaku var ustane, bublinky zaniknou a komora je v klidovém stavu.
První typy bublinových komor byly plněny zkapalněným éterem, dnes je náplní kapalný vodík, deuterium a jiné kapaliny. Bublinové komory patří v kombinaci s jinými detektory k nejúčinnějším přístrojům pro zkoumání elementárních částic. Mají často značné rozměry a obsahují i několik tisíc litrů kapalné náplně.
Komora o průměru 2 m |
"Krajka" vytvořená bublinkami |
Stopy a jejich vyhodnocení |
Fyzikové dráhy částic nejen pozorují, ale také studují vlastnosti částic a průběh vzniklých jaderných reakcí. Mlžné stopy se v komorách fotografují stereoskopicky dvěma objektivy, aby se dala určit poloha dráhy v prostoru. Komory se vkládají do magnetického pole, které zakřivuje dráhy nabitých částic. Tak lze určit druh částice, její náboj, hmotnost, rychlost, impulz, energii i dobu života. Pomocí mlžných komor došlo k mnoha objevům, např. umělé radioaktivity, pozitronu, nových částic v kosmickém záření aj.
|
|
