غرفة السحابة
غرفة السحابة Cloud chamber أوغرفة وِلسون المعتِمَة جهاز يجعل ممرات الجسيمات الذرية المشحونة كهربائيًا مرئية. يفحص الفهماء هذه الممرات لإيجاد شحنة الجسيم وكتلتها وسرعتها. وتضم الجسيمات التي يمكن ملاحظة ممراتها في غرفة ولسون المعتمة أشعة ألفا وأشعة بيتا، من المواد المشعة، والأشعة الكونية الواردة من الفضاء الخارجي. اخترع غرفة ولسون المعتمة الفيزيائي البريطاني تشارلز ولسون في عام 1912م.
تاريخ
تعد أولى الحجرات، وقد استخدمها تاونسند J.S.Townsend عام 1897 وتومسون J.J.Thomson عام 1898 لتحديد شحنة الإلكترون، وذلك قبل استعمال الأخير أنبوب الأشعة المهبطية.
تتلخص الطريقة بتحضير بخار الماء الموجود في حجرة ضمن شروط قريبة من شروط التكثف، وما إذا تتواجد الأيونات حتى يتكاثف البخار عليها مكونة سحابة على طول المسار. تقاس بعد ذلك الشحنة الكهربائية التي تحملها السحابة وتقسم على عدد القطيرات لتستنتج واحدة الشحنة الكهربائية. طوّر س.ت.ويلسن C.T.R.Wilson ومن بعده هـ.أ.ويلسن H.A.Wilson، هذه الفكرة فصنعا حجرة أسطوانية ذات مكبس قابل للحركة يستعمل لتهيئة الشروط المناسبة للتكاثف، مغلقة بنافذة شفافة تجعل التصوير ممكناً في اللحظة المناسبة. كما أدخلا إمكانية تطبيق حقول مغنطيسية وكهربائية تساعد على تحديد خواص الجسيمات بتتبع المسارات وانحناءاتها الناتجة من تطبيق الحقول،مثل كتلة الجسيم وطاقته إضافة إلى شحنته. وقد استخدم فيما بعد خليط من الغازات والأبخرة، فلم تعد مقتصرة على بخار الماء بهدف تحسين مقدرة فصلها وتوسيع مجالاتها الطاقية، وتعهد أيضاً باسم حجرة ويلسن.
طورت بعد ذلك حجرة الفقاعات bubble chamber التي يستعاض فيها عن البخار فوق المشبع بسائل فائق التسخين superheated، فإذا ما خفض الضغط المطبّق على السائل فجأة تشكلت فقاعات تنموعلى الأيونات أوالإلكترونات الموجودة. وغالباً ما يستخدم الهدروجين السائل الذي يعد التفاعل مع نوياته تفاعلاً مع بروتونات. استطاعت مثل هذه الحجرات الكشف عن مكونات الأشعة الكونية التي تحتوي على جسيمات ذات طاقة عالية وعن تفاعلاتها النووية ونواتجها من الجسيمات قصيرة العمر، دعمت بذلك ووجهت النظريات المتعلقة بالإشعاع النووي الناشط بعد حتى كان يعتمد على صفائح التصوير للكشف عنها اعتماداً كلياً.
تقدم تصميم الحجرة خطوة أخرى، من حجرة مكونة من سطحين دائريين مستويين متوازيين إلى سطح أسطواني وسلك رفيع عند محور الأسطوانة معزول عنها، يربط جميع منهما بأحد قطبي مدخرة فيجمع أحدهما الشحنات الموجبة بينما يجمع الآخر الشحنات السالبة، ويقومان، إضافة إلى ذلك، بتسريعها، مما يؤدي إلى قيامها بتأيينات إضافية في الوسط، فتتشكل نبضة كهربائية عند مخرج الدارة الكهربائية؛ يمكن باختيار مناسب للكمون المطبق ولمزيج من الغازات، مثل الأرگون والآزوت والكحول، حتى يقابل جميع نبضة جسيم وارد، ومن ثمقد يكون عدد النبضات متناسباً مع عدد الجسيمات، فيسمى عداد غايغر - موللر التناسبي. وقد يطلى السطح الداخلي للأسطوانة بمادة تتفاعل مع النترونات تفاعلاً نووياً مثل البورون فتستعمل عندها عدادات للجسيمات المعتدلة كهربائياً.
سحابة ولسون
تتكون الغرفة المعتمة البسيطة من وعاء مجهز بمكبس، يحوي هواء، أوغازًا آخر، شديد الهجريز، مع بخار الماء، أوبخار الكحول، أوكليهما. وعندما تمر الجسيمات المشحونة كهربائيًا عبر الغاز ترتطم بالإلكترونات، فاصلة إياها عن الجزيئات الواقعة في طريقها، ومغيرة تلك الجزيئات إلى أيونات. ويتجمع البخار حول الأيونات بحيثقد يكون قطيرات تشكل علامات شريطية مرئية داخل الغرفة المعتمة. وبذلك تمثل هذه العلامات الشريطية ـ التي تُسَمَّى المَجَازَات أيضًا ـ ممرات الجسيمات المشحونة. وتختفي المجازات بسرعة، إلا حتى الفهماء يمكنهم تصويرها عبر جدار زجاجي أونافذة زجاجية، معدة لهذا الغرض.
ولكي تتمكن المجازات من التكوُّن، لابد حتى يصير الغاز داخل الغرفة المعتمة فائق التشبع أي حتى تكون رطوبته النسبية أكثر من 100%. يصير الغاز المشبع فائق التشبع عندما يبرد. ويبرد الغاز المشبع داخل الغرفة المعتمة بتحريك المكبس إلى الخارج، وبسبب انخفاض الضغط داخل الغرفة الناتج عن حركة المكبس؛ ومن ثم يتكثف البخار في الغاز على الأيونات ليشكل قُطَيْرات. وفي كثير من الغرف المعتمة تُقدح حركة المكبس بإشارة من عدادات إلكترونية يمكنها رصد الجسيمات المشحونة كهربائيًا.
ويشيِّد الفهماء الغرف المعتمة غالبًا بين قطبي مغنطيس كهربائي، حيث يجعل المغنطيس الجسيمات المشحونة داخل الغرفة تتحرك على امتداد ممرات مقوسة. ومن هذه الأقواس يستطيع الفهماء إيجاد القوة الدافعة للجسيم.
الهجريب والتشغيل
الكشف عن جسيمات أخرى
الإستعمالات
تستعمل للكشف أحياناً حجرات مملوءة بمحلول مادة تتألق إذا أثيرت نتيجة امتصاص الإشعاعات، وقد تستعمل مواد صلبة تحتوي ذرات تتألق أوتومض نتيجة التصادمات. تسمى مثل هذه الكواشف أوالعدادات عدادات وميضية أوتألقية scintillation counters، يقوم بتضخيمها ضوئياً وتعدادها أجهزة مناسبة.
ظهر أخيراً أنواع من العدادات أوالكواشف المصنعة من أنصاف النواقل المطعّمة بشوائب مناسبة لتشكل ثنائياً بلورياً diode يوصل بمدخرة وبمتممات إلكترونية للكشف عن الجسيمات والإشعاعات وتعدادها .تنتقى الحجرات والعدادات لتناسب أشعة معينة مثل أشعة گاما أوأشعة ألفا ولمجال طاقات مناسب، إذ إذا لكل منها كفاءة تختلف باختلاف النوع وباختلاف مجال الطاقة. وأصبح ممكناً باقتران الكواشف والمعالجات الإلكترونية تحديد أطياف الإشعاعات المتنوعة الصادرة عن المنابع وعن التفاعلات النووية بدقة عالية.
تنصبّ الاستعمالات الأولى للحجرات والعدادات في المؤسسات التي تتعامل مع المواد النووية مثل المسرّعات والمفاعلات والمستشفيات. لكن انتشار أجهزة الأشعة السينية وحدوث بعض الحوادث النووية التي تسببت بفاعلية إشعاعية في مناطق شاسعة،دخلت في الأغذية ومواد كثيرة جعل استعمال الحجرات والعدادات والكواشف النووية شائعاً جداً وفي مقدمتها أفلام التصوير وعدادات گايگر - موللر.
انظر أيضاً
- غرفة الإشعال الشراري
- Bubble chamber
- Nuclear emulsion – also used to record and investigate fast charged particles
الهوامش
- ^ فوزي عوض. "الحجرات والعدادات النووية". الموسوعة العربية.
المصادر
Das Gupta, N. N. (1946). "A Report on the Wilson Cloud Chamber and its Applications in Physics". Reviews of Modern Physics. 18: 225–365. doi:10.1103/RevModPhys.18.225. Unknown parameter |coauthors= ignored (|author= suggested) (help)
وصلات خارجية
 |
مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع [[commons: Category:Cloud chambers
| Cloud chambers ]]. |
- How to Build a Cloud Chamber
- Diffusion cloud chamber instructions
- Wilson's Original Apparatus
- Richard A. Muller demonstrates a cloud chamber in lecture (26 minutes into film)
- Radiation tracks in Cloud Chambers
