ಮೇಘಮಂದಿರ

ಮೇಘಮಂದಿರವು ವಿದ್ಯುದಾವಿಷ್ಟ ಕಣಗಳು ಹಾಗೂ ಅವುಗಳ ಜಾಡನ್ನು ನೋಡಲು ನೆರವಾಗುವ ಉಪಕರಣ (ಕ್ಲೌಡ್ ಚೇಂಬರ್). ಇದನ್ನು ಸ್ಕಾಟ್ಲೆಂಡಿನ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನಿ ಸಿ.ಟಿ.ಆರ್. ವಿಲ್ಸನ್ (1869-1959) ನಿರ್ಮಿಸಿದ (1911). ಈತ ಲಂಡನ್ನಿನ ಕ್ಯಾವೆಂಡಿಷ್ ಸಂಶೋಧನಾಲಯದಲ್ಲಿ ಅನಿಲಗಳಲ್ಲಿ ಅಯಾನುಗಳ ವರ್ತನೆಯನ್ನು ಕುರಿತ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ನಿರತನಾಗಿದ್ದ (1894). ನೀರಿನ ಆವಿ ಅತಿಸಂತೃಪ್ತ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ತಲುಪಿ ಧೂಳಿನ ಕಣಗಳ ಮೇಲೆ ಘನೀಭವಿಸಿ ಮೋಡಗಳು ಉಂಟಾಗುವ ವಿಚಾರ ಇವನಿಗೆ ತಿಳಿದಿತ್ತು. ಅಯಾನುಗಳು ಘನೀಭವನ ಕೇಂದ್ರಗಳಾಗುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯನ್ನು ಆತ ಊಹಿಸಿಕೊಂಡ. ಈ ಊಹೆ ಮೇಘಮಂದಿರದ ನಿರ್ಮಾಣಕ್ಕೆ ಆಧಾರ ಒದಗಿಸಿತು.

ಮೇಘಮಂದಿರದ ಸಿದ್ಧಾಂತ ಮತ್ತು ಸಮೀಕರಣಗಳು
ಅಯಾನುಗಳ ಮೇಲೆ ಆವಿ ಘನೀಭವಿಸಿದರೆ ಹನಿಗಳು ನಿರ್ಮಾಣವಾಗುತ್ತವೆ. ಈ ಹನಿಗಳು ದೊಡ್ಡದಾಗಿ ಬೆಳದರೆ ಕಣ್ಣಿಗೆ ಕಾಣುವಂತಾಗುತ್ತವೆ. ಇವು ಬಾಷ್ಪೀಭವನದಿಂದ ಕಾಣೆಯಾಗುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯೂ ಉಂಟು. ಘನೀಭವನದಿಂದ ನಿರ್ಮಾಣವಾದ ಹನಿಗಳು ಬೆಳೆಯಲು ಅನುಕೂಲತಮ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸಲು ಆವಶ್ಯಕವಾದ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ವಿಚಾರಗಳು ವಿಲ್ಸನ್ನನಿಗೆ ತಿಳಿದಿತ್ತು. ದ್ರವದ ಸಮತಲ ಮೇಲ್ಮೈಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಪರ್ಕಹೊಂದಿರುವ ಸಂತೃಪ್ತ ಆವಿಯ ಒತ್ತಡ (P∞) ಮತ್ತು r ತ್ರಿಜ್ಯವುಳ್ಳ ವಕ್ರತಲ ಮೇಲ್ಮೈಯೊಂದಿಗೆ ಸಂಪರ್ಕಹೊಂದಿರುವ ಸಂತೃಪ್ತ ಆವಿಯ ಒತ್ತಡ (Pr) ಇವುಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಸ್ಕಾಟ್ಲೆಂಡಿನ ಭೌತವಿಜ್ಞಾನಿ ಲಾರ್ಡ್ ಕೆಲ್ವಿನ್ 1870ರಲ್ಲಿ

       ..............(1)

ಎಂದು ತೋರಿಸಿದ್ದ. ρ ಎಂಬುದು ಹನಿಯ ವಿದ್ಯುದಾವೇಶವಾದರೆ ಈ ಸಮೀಕರಣ

       ................(2)

ಎಂಬ ರೂಪತಾಳುತ್ತದೆ ಎಂದು ಜೆ.ಜೆ. ತಾಮಸನ್ ಅನಂತರ ತೋರಿಸಿದ್ದ. ಇಲ್ಲಿ L = ದ್ರವದ ಮೇಲ್ಮೈಕರ್ಷಣ, K = ಅದರ ಪರಾವೈದ್ಯುತ ಸ್ಥಿರಾಂಕ, ρ = ಸಾಂದ್ರತೆ, T = ಉಷ್ಣತೆ ಮತ್ತು R = ಅನಿಲ ಸ್ಥಿರಾಂಕ. r ತ್ರಿಜ್ಯವುಳ್ಳ ಒಂದು ಹನಿಯನ್ನು ಆವಿಯ ಸಮತೋಲ ಒತ್ತಡ P∞ ಗಿಂತ Pr ಹೆಚ್ಚು ಒತ್ತಡವಿರುವ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಇಟ್ಟರೆ ಅದು ಬೆಳೆಯುತ್ತದೆ. ಇದೇ ಮೇಘಮಂದಿರದ ಸಿದ್ಧಾಂತ.

ಮೇಘಮಂದಿರದ ಹೂಟಚಿತ್ರವನ್ನು ಕೆಳಗಿನ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ಕಾಣಿಸಿದೆ. ಚಲಿಸುವ ಕೊಂತ ಹಠಾತ್ತನೆ ಕೆಳಗೆ ಸರಿದರೆ ವ್ಯಾಕೋಚನ ಪ್ರದೇಶ ವಿಸ್ತಾರಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಆಗ ಅದರಲ್ಲಿರುವ ವಾಯು ಮತ್ತು ನೀರಿನ ಆವಿಯ ಮಿಶ್ರಣದ ಉಷ್ಣತೆ ತಗ್ಗುತ್ತದೆ. ಉಷ್ಣತೆಯ ಇಳಿತ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಇರುವಂತೆ ವ್ಯಾಕೋಚನೆಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಿ ಅಯಾನುಗಳ ಮೇಲೆ ಆವಿ ಘನೀಭವಿಸಿ ಹನಿಗಳು ಬೆಳೆಯುವಂಥ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು.

ಮೊದಲಿಗೆ ವ್ಯಾಕೋಚನ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿರುವ ವಾಯು ನೀರಿನ ಆವಿಯಿಂದ ಸಂತೃಪ್ತಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ವಾಯು ಮತ್ತು ಆವಿಯ ಮಿಶ್ರಣದ ಗಾತ್ರ, ಉಷ್ಣತೆ ಮತ್ತು ಸಂತೃಪ್ತ ಆವಿಯ ಒತ್ತಡ ಅನುಕ್ರಮವಾಗಿ V0, T0 ಮತ್ತು P∞ ಆಗಿರಲಿ. ಚಲಿಸುವ ಕೊಂತ ಹಠಾತ್ತನೆ ಕೆಳಗೆ ಸರಿದ ಬಳಿಕ ವಾಯು ಆವಿ ಮಿಶ್ರಣದ ಗಾತ್ರ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣತೆ ಅನುಕ್ರಮವಾಗಿ V ಮತ್ತು T ಆಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಭಾವಿಸೋಣ. ಈಗ ಅನಿಲ ಸಮೀಕರಣಗಳ ಅನ್ವಯ

P0 V0 = m0 rT0             ................(3)
ಮತ್ತು

T0V0(γ-1) = TV(γ-1)     ...............(4)

ಎಂದು ಬರೆಯಬಹುದು. ಇಲ್ಲಿ γ = ವಾಯು - ಆವಿ ಮಿಶ್ರಣವಾದ ಗ್ರಾಹ್ಯೋಷ್ಣ (ಸ್ಪೆಸಿಫಿಕ್ ಹೀಟ್), R = ಮೋಲಾರ್ ಅನಿಲ ಸ್ಥಿರಾಂಕ ಮತ್ತು m0 = ವಾಯುವಿನಲ್ಲಿರುವ ಆವಿಯ ದ್ರವ್ಯಾಂಶ. ಆವಿ ಘನೀಭವಿಸುವುದಕ್ಕೆ ಮೊದಲು ಅದರ ಒತ್ತಡ P' ಆಗಿದ್ದರೆ ಸಮೀಕರಣ (3)ನ್ನು

P'V = m0RT        ...............(5)

ಎಂದು ಬರೆಯಬಹುದು. T ಉಷ್ಣತೆಯಲ್ಲಿ ಆವಿಯ ಸಂತೃಪ್ತ ಒತ್ತಡ P ಆದರೆ

PV = mRT           .................(6)

ಎಂದಾಗುತ್ತದೆ. ಇಲ್ಲಿ m = ಸಂತೃಪ್ತ ಆವಿಯ ದ್ರವ್ಯಾಂಶ m0 > m ಮತ್ತು P' > P ಎಂಬುದು ವ್ಯಕ್ತ.

ಈ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಮಂದಿರದಲ್ಲಿರುವ ವಾಯು ಆವಿಯಿಂದ ಅಧಿಕ ಸಂತೃಪ್ತಿಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಘನೀಭವನ ಕೇಂದ್ರಗಳು (ಧೂಳಿನ ಕಣ, ಅಯಾನುಗಳು ಇತ್ಯಾದಿ) ವ್ಯಾಕೋಚನಾ ಪ್ರದೇಶದಲ್ಲಿ ಲಭ್ಯವಿದ್ದರೆ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಆವಿ ಆ ಕೇಂದ್ರಗಳ ಮೇಲೆ ಸಂಚಯಿಸುತ್ತದೆ. ಲಭ್ಯವಿರುವ ಆವಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆ ಮತ್ತು ಸಮಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿರುವ ಆವಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆ ಇವುಗಳ ನಿಷ್ಪತ್ತಿಗೆ ಅಧಿಕ ಸಂತೃಪ್ತತೆ ನಿಷ್ಪತ್ತಿ (δ) ಎಂದು ಹೆಸರು. ಈಗ

δ = m0/V ÷ m/V           ................(7)

ಎಂದಾಗುತ್ತದೆ. ಸಮೀಕರಣ (5) ಮತ್ತು (6) ರಿಂದ

δ = P'/P           ..................(8)

ಎಂದು ತೋರಿಸಬಹುದು. ವಾಯು- ನೀರಾವಿ ಮಿಶ್ರಣದ ಒಟ್ಟು ಒತ್ತಡ 1.5, ವಾಯು ಮಂಡಲ ಮತ್ತು ಅದರ ಉಷ್ಣತೆ 200C ಇದ್ದು V/V0 = 1.25 ಆಗುವಂತೆ ವ್ಯಾಕೋಚನ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ವಿಸ್ತಾರಗೊಳಿಸಿದರೆ ಅಧಿಕ ಸಂತೃಪ್ತತೆ ನಿಷ್ಪತ್ತಿ 4.2ನ್ನು ಮುಟ್ಟುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕಿಂತಲೂ ಹೆಚ್ಚಾಗುವಂತೆ ವ್ಯಾಕೋಚನ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ವಿಸ್ತಾರಗೊಳಿಸಿದರೆ ಅಯಾನುಗಳ ಮೇಲೆ ಆವಿ ಘನೀಭವಿಸಿ ಹನಿ ಇದೇ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಅದರ ಮೊದಲ ತ್ರಿಜ್ಯ 7.7 ಆಂಗ್‌ಸ್ಟ್ರಾಮಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿಲ್ಲದಿದ್ದರೆ ಬೆಳೆಯುವ ಸಾಧ್ಯತೆ ಇಲ್ಲ.

ವಿದ್ಯುದಾವಿಷ್ಟ ಕಣವೊಂದು ಮೇಘಮಂದಿರದವನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸಿದರೆ ಅದು ಅದರ ಚಲನಶಕ್ತಿ, ಆದೇಶದ ಮೌಲ್ಯ ಮುಂತಾದವುಗಳಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಅದರ ಜಾಡಿನಲ್ಲಿ ವಾಯುವನ್ನೇ ಅಯಾನಿಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಅಯಾನುಗಳ ಮೇಲೆ ಆವಿ ಘನೀಭವಿಸಿ ಹನಿಗಳು ಬೆಳೆದರೆ ಅವುಗಳ ಮೇಲೆ ಬೆಳಕನ್ನು ಹಾಯಿಸಿ ಕಣದ ಜಾಡಿನ ಛಾಯಾಚಿತ್ರ ತೆಗೆಯಬಹುದು. ಆವಿಯ ವ್ಯಾಕೋಚನೆ (V/V0 > 1.25), ಕಣಗಳ ಪ್ರವೇಶ, ಬೆಳಕಿನ ಜ್ವಲಿತ ಮತ್ತು ಛಾಯಾಗ್ರಹಣ ಇವೆಲ್ಲ ಅನುಕ್ರಮವಾಗಿ ವ್ಯವಸ್ಥಿತವಾಗಿ ನಡೆಯುವಂತೆ ಏರ್ಪಾಡು ಮಾಡಬಹುದು. ಈ ಅನುಕ್ರಮಕ್ರಿಯೆ ನಡೆಯುವುದಕ್ಕೆ ಮೊದಲು ಮಂದಿರದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸಿ ಅಳಿದುಳಿದ ಅಯಾನುಗಳನ್ನು ಗುಡಿಸಿಹಾಕಬೇಕು. ಹಾಗೆ ಮಾಡದ ಇದ್ದರೆ ಮುಂದೆ ಮೂಡಿಬರುವ ಚಿತ್ರಗಳು ಸ್ಪಷ್ಟವಾಗಿರುವುದಿಲ್ಲ.

ವಿಲ್ಸನ್ನನಿಗೆ ಮೇಘಮಂದಿರದ ನಿರ್ಮಾಣಕ್ಕಾಗಿ ನೊಬೆಲ್ ಪಾರಿತೋಷಿಕ ದೊರೆಯಿತು (1927).

ಉಪಯೋಗಗಳು
ಮೇಘಮಂದಿರವನ್ನು ಗ್ಯಾಮ ಪ್ರೋಟಾನುಗಳನ್ನೂ ನ್ಯೂಟ್ರಾನುಗಳನ್ನೂ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಲು ಉಪಯೋಗಿಸುವುದಿದೆ. ಇಂಥ ಸಂದರ್ಭಗಳಲ್ಲಿ ಪ್ರೋಟಾನು ಮತ್ತು ನ್ಯೂಟ್ರಾನುಗಳು ವಿದ್ಯುದಾವಿಷ್ಟಕಣಗಳನ್ನು ಹೊರಕ್ಕೆ ತರುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮುಖ್ಯವಾಗಿರುತ್ತವೆ.

ಛಾಯಾಂಕಣ

ಉಲ್ಲೇಖಗಳು

ಹೊರಗಿನ ಕೊಂಡಿಗಳು
 , Peter Wothers, Royal Institution, December 2012]

ಕಣ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ
ಮೈಸೂರು ವಿಶ್ವವಿದ್ಯಾನಿಲಯ ವಿಶ್ವಕೋಶ