PDF《威耳逊云室的发明和霍秉权的改进 ！》

查德威 克(*734) 和埃米勒斯 (?! @A6168B) 对#射线的 研究等 [$] ! 威耳逊云室发明后的第一个最成功的运 用是威耳逊拍摄的 C 射线散射照片中的有关现象 支持了 (! -! 康普顿关于 C 射线散射的理论! 因此, 威耳逊和康普顿共同分享了 #$D 年的诺贝尔物理 学奖! 尽管这个简单的活塞式云室对当时的射线研究 起到了令人惊叹的巨大作用, 但它在结构和功能上 还存在一些明显的缺陷! 首先, 它是通过活塞快速地 向下移动来增大云室的体积, 使云室内的气体达到 过饱和状态! 云室的有限容积由于活塞的移动而发 生改变, 这就很难保证在膨胀时不搅动气体, 气体受 到的搅动越大, 粒子径迹的失真就越严重! 其次, 云 室使用时, 要保证除待观测的粒子外, 其内部不能有 尘埃 颗粒, 为了防止不洁净气体的侵入, 要求云 室有很好的密封性, 为此采用了橡胶环加油或其他 液体的密封方式! 由此增大了云室制作以及实际操 作的难度! 再次, 由于采用液体来增加密封性能, 致 使威耳逊发明的云室只能水平放置 [E] ! 由于用于宇 宙线研究的云室必须垂直放置, 因此威耳逊采用液 体密封的云室不适用于宇宙线的观测研究! $'

霍秉权对威耳逊云室的改进 #% 年初春, 霍秉权进入英国伦敦大学学习! 当时他注意到剑桥大学的威耳逊在 云室 上开展 ・ ! ! ・ 物理学史和物理学家 ! 卷(#$$% 年) &

期 的研究工作很有意义, 经过反复考虑, 霍秉权向威耳 逊提出跟随其作研究的申请, 威耳逊很快就同意接 受他作为其研究生'

来到剑桥后, 霍秉权很快迷上了 云室, 尤其对解决云室存在的缺陷问题产生了极大 的兴趣'

他对云室的组成及其各部分的功能进行深 入的分析和研究后, 发现要解决的主要问题是: (() 通过移动活塞来实现膨胀与云室密封的矛盾;

(#) 云室体积的突然增加所造成的室内气体的搅动问 题;

( ) 由于活塞间歇性的突然移动对云室工作稳 定性的影响'

经过无数次的探索和尝试, 霍秉权终于找到了 解决活塞式云室缺陷问题的方法: 他将云室分为两 层, 如图 ) 所示 [&

] , * 和+是两个玻璃圆筒, 直径分 别为 (),- 和(&

,-, 高度分别为 ,- 和),-'

.( 是 带有内凸缘 / 的黄铜环, / 与圆玻璃板

0 连接'

中 间由金属网分开, 上层是云室的灵敏区, 它的体积不 改变'

下层的玻璃圆筒在金属隔网下边装有一块橡 皮膜 1, 当此膜膨胀时, 则下部压力降低, 因而灵敏 区的压力也随之下降, 与下部压力达到平衡, 使云室 内气体达到过饱和状态'

图)! 经霍秉权改进后的云室装置 霍秉权的这一改进, 使得云室产生过饱和气体 的方式从原来的活塞膨胀式变成了改变压力式, 以 橡胶膜的膨胀代替了活塞的移动, 因为没有活塞的 突然移动'

云室的灵敏区空间始终保持不变, 气体不 被搅动, 两个玻璃圆筒间的金属隔网足以阻止流动 气体中的湍流脱离静止云雾粒子的相对位置, 使气 体流动产生的影响可以忽略不计, 作为拍摄粒子径 迹的背景又是固定的, 所以, 粒子的径迹反映得更为 真实'

如图 ) 所示的云室组装完成后, 玻璃面板

0 和 橡胶膜

1 与两个玻璃圆筒被紧密地连接成一个整 体, 云室工作时, 云室内气体与外界完全隔绝, 云室 的密封问题得到圆满的解决'