Vilsona kamera

Vilsona kamera ir ierīce, kas paredzēta lādētu daļiņu atstāto pēdu (treku) reģistrēšanai.

Vissīkākās matērija daļiņas, galvenokārt ir elementārdaļiņas, kuras iespējams novērot, ja ir pietiekoši lielā daudzumā ir kinētiskā enerģija un elektriskais lādiņš. Viena no ierīcēm, ar kuru var novērot šīs daļiņas ir Vilsona kamera.

Vilsona kameru veido telpa ar caurspīdīgām sieniņām, kuras visbiežāk ir stikla vai plastmasas, lai varētu novērot kamerā daļiņu ceļu jeb trekus. Kamerai pievieno sūkni, kurš ir domāts, lai mainītu kamerā gaisa vai gāzes spiedienu. Šī darbība pamatojas uz parādību, ka lādētas daļiņas pārsātinātā tvaikā kļūst par kondensācijas centriem. Tādēļ kamerā ievada nelielu daudzuma šķidruma, visbiežāk lieto spirtu, lai viegli izveidotu pārsātinātu tvaiku.

Par pārsātinātu tvaiku uzskata tādu tvaiku, kuram molekulu skaits esošajā tilpumā ir lielāks nekā piesātinātam tvaikam paaugstinātā temperatūrā. Šo tvaiku var iegūt, ja telpā, kur tvaiks veidojas, nav kondensācijas centru — lādētu daļiņu, putekļu. Ja ir šie piemaisījumi, tad iegūst tikai piesātinātu tvaiku, bet, jo vairāk molekulas kondensējas ap kondensācijas centriem, jo vairāk veidojas šķidrumu.

Lai kamerā iegūtu piesātināto tvaiku, strauji pārvieto sūkņa virzuli uz augšu, šīs darbības rezultātā saspiežas kamerā esošais gaiss un piesātinātā tvaika maisījums. Šajā reakcijā paaugstinās temperatūra un šķidrums pastiprināti iztvaiko. Tad strauji pārvieto sūkņa virzuli uz leju, lai kamerā samazinātu spiedienu. Procesu, kurā kamerā esošais gaiss un tvaiks nespēj saņemt apkārtējās vides enerģiju sauc par adiabātisku procesu. Šajā procesā kamerā esošā tvaika temperatūra samazinās. Iegūtais piesātinātais gaiss nespēj īsajā laika posmā kondensēties un veidojas pārsātināts tvaiks. Ja kamerā izveidojas kondensācijas centri, tad esošais tvaiks kondensējas ap tiem, izveidojot sīkus šķidruma pilieniņus. Lādētajai daļiņai ātri pārvietojoties gar trajektoriju, veidojas joni jeb kondensācijas centri, kuri veido sīku pilieniņu joslu jeb treku. Treks ir ieraugāms kā gaiša svītra.

Pārsātinātais gaiss kamerā nepastāv ilgi, tādēļ treks arī ātri pazūd. Lai būtu iespējams izpētīt daļiņu kustību kamerā pēc esošā treka, ir jānofotografē treka projekcijas savstarpēji perpendikulārajās plaknēs.

Lai varētu noteikt daļiņu lādiņu un tās fizikālos lielumus, Vilsona kameru ievieto magnētiskajā laukā. Lādētajai daļiņai kustoties magnētiskajā laukā uz to iedarbojas Lorenca spēks, kura rezultātā daļiņas kustas pa riņķa līniju. Izmērot riņķa līnijas rādiusu un zinot magnētiskā lauka indukciju, ir iespējams aprēķināt daļiņas lādiņu un noteikt tā zīmi, un arī aprēķināt daļiņu ātrumu. Bet ātrumu izmanto, lai aprēķinātu daļiņu kinētisko enerģiju, kā arī masu un citus lielumus.

Šo kameru izgudroja un realizēja skotu fiziķis Čārlzs Vilsons 1912.g. Sākumā šo kameru izmantoja tikai, lai novērotu α daļiņu treku, tādēļ to nosauca par α kameru. Vilsons novēroja, ka kamerā atrodas dažādas daļiņas, kurām ir ļoti maza kinētiskā enerģija. Lai novērotu daļiņas ar lielu kinētisko enerģiju lietoja pūslīšu kameru. Šīs kameras princips bija tāds pats kā Vilsona kameras princips. Pūslīšu kamerā tvaika vietā izmanto šķidrumus, kuros lādētās daļiņas veido vārīšanās centrus, tādēļ daļiņu ceļu iezīmē šķidruma tvaika pūslīši. No tā radies nosaukums pūslīšu kamera.

Kameras iekšienē ievietoti elektrodi, kuri pieslēgti lielam spriegumam, lai savāktu izveidojušos jonus un kameru varētu izmantot citu daļiņu novērošanai.

Mērinstrumenti
Radiācijas detektori