雲室（Cloud Chamber）─ 絕熱冷卻的應用

雲室（Cloud Chamber）─ 絕熱冷卻的應用
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

首張觀測到正電子存在的雲室照片。(圖片來源：維基百科)

「雲室」也就是一般所知的「威爾遜雲室（Wilson chamber）」，用於偵測離子化輻射（該輻射可以使氣體離子化）所產生的粒子軌跡。其最基本的形式，包含一個密封的空間，其中有過冷或過飽和的水或酒 精蒸汽，當α或β粒子與雲室中的混合物（蒸汽）產生作用後，將其軌跡上所碰撞的氣體離子化，所產生的離子，將扮演凝結核的角色，因此在離子的周圍將會產生薄霧（因為雲室中的混合氣體已達到凝結溫度），於高能的α或β粒子經過的路徑將聚集水滴，間接的將其路徑顯示出來。不同粒子的軌跡將有不同的形狀。例如，α粒子形成寬且直的軌跡，然而，電子相對較窄且容易產生偏折，當垂直磁場加在雲室中，正、負帶電粒子將往相反的方向偏折。

雲室的發明
威爾遜於1894年開始研究雲的形成與潮濕空氣中的光學現象，很快的，他發現離子雲成為水滴形成的核心。威爾遜將研究結果加以應用，製造出雲室。最原始的雲 室為一密閉空間，當中含有飽和水蒸氣，當雲室中的一片隔板快速移動時，造成「絕熱膨脹」、導致「絕熱冷卻」，使雲室中的水蒸氣開始凝結，當具有游離能力的粒子經過雲室，在產生的離子四周將凝結水滴並顯示出粒子的軌跡。

資料來源：
Cloud chamber. http://en.wikipedia.org/wiki/Wilson_chamber