Теория:
Камера Вильсона (туманная камера) — прибор для регистрации треков (следов) заряженных частиц.
Для того, чтобы наблюдать невидимые глазу мельчайшие частицы, учёные изобретали методы исследования воздействия этих частиц на среду, методы регистрации этих воздействий, по которым можно было определить скорость, энергию, заряд частицы.
Одним из первых изобретателей является шотландский физик Чарлз Вильсон, который создал камеру (\(1912\)) регистрации следов частиц на основе взаимодействия их с перенасыщенным паром.
В \(1927\) году данное изобретение отмечено Нобелевской премией по физике.

Рисунок \(1\). Чарлз Вильсон
Устройство прибора
На рисунке камера Вильсона представляет собой стеклянную колбу и поршень. Колбу тщательно очищают от пыли, чтобы не было центров конденсации. Камеру заполняют насыщенными парами воды, спирта или эфира.
На рисунке камера Вильсона представляет собой стеклянную колбу и поршень. Колбу тщательно очищают от пыли, чтобы не было центров конденсации. Камеру заполняют насыщенными парами воды, спирта или эфира.

Рисунок \(2\). Внешний вид одной из первых камер Вильсона
Схема устройства одной из первых камер Вильсона
Принцип работы
При движении поршня вниз пары становятся перенасыщенными, т. е. способными к быстрой конденсации. При попадании какой-либо частицы через специальное окошко внутрь камеры они создают ионы, которые становятся ядрами конденсации, и вдоль траектории движения частицы возникает след (трек) из сконденсированных капелек, которые можно сфотографировать.
При движении поршня вниз пары становятся перенасыщенными, т. е. способными к быстрой конденсации. При попадании какой-либо частицы через специальное окошко внутрь камеры они создают ионы, которые становятся ядрами конденсации, и вдоль траектории движения частицы возникает след (трек) из сконденсированных капелек, которые можно сфотографировать.
Время чувствительности камеры, в течение которого перенасыщение остаётся достаточным для конденсации на ионах, а сам объём приемлемо прозрачным, меняется от сотых долей секунды до нескольких секунд. После этого необходимо очистить рабочий объём камеры и восстановить её чувствительность. Таким образом, камера Вильсона работает в циклическом режиме. Полное время цикла обычно больше \(1\) минуты.
Преимущества
1. Если поместить камеру в магнитное поле, то траектории заряженных частиц будут искривлены. По направлению изгиба трека можно судить о знаке заряда частицы, а по радиусу кривизны определять её массу, заряд, энергию.
2. Важным усовершенствованием, удостоенным в \(1948\) г. Нобелевской премии (П. Блэкетт), явилось создание управляемой камеры Вильсона. Специальные счётчики отбирают события, которые должны быть зарегистрированы камерой Вильсона, и «запускают» камеру лишь для наблюдения таких событий. Эффективность камеры Вильсона, работающей в таком режиме, многократно возрастает.
1. Если поместить камеру в магнитное поле, то траектории заряженных частиц будут искривлены. По направлению изгиба трека можно судить о знаке заряда частицы, а по радиусу кривизны определять её массу, заряд, энергию.
2. Важным усовершенствованием, удостоенным в \(1948\) г. Нобелевской премии (П. Блэкетт), явилось создание управляемой камеры Вильсона. Специальные счётчики отбирают события, которые должны быть зарегистрированы камерой Вильсона, и «запускают» камеру лишь для наблюдения таких событий. Эффективность камеры Вильсона, работающей в таком режиме, многократно возрастает.
Недостатки
- Малое рабочее время, составляющее примерно \(1\) % от времени, затрачиваемой для подготовки камеры к последующему расширению.
- Трудоёмкость обработки результатов.
Источники:
Рисунок 1. Чарлз Вильсон
https://www.nobelprize.org/images/wilson-12956-content-portrait-mobile-tiny.jpg
Рисунок 2. Внешний вид и схема устройства одной из первых камер Вильсона
http://www.cambridgephysics.org/