27-2 Fotenie jadrových reakcií

27-2 Fotenie jadrových reakcií

C.T.R. Wilson¹, ktorý pracoval v inom laboratóriu Cavendisha, vymyslel duchaplné zariadenie, ktoré veľmi uľahčilo skúmanie jadrových reakcií. Jeho zariadenie, Wilsonova komora, či hmlová komora, umožnila vyfotografovať trajektóriu bombardujúcej častice spolu s trajektóriou „úlomkov“ jadier a častíc vylietavajúcich z miesta zrážky. Základným princípom činnosti komory je, že pokiaľ rýchlo letiaca elektricky nabitá častica prechádza vzduchom (či iným plynom), pozdĺž svojej trajektórie vyvolá ionizáciu atómov plynu. Ak vzduch, ktorým nabité častice letia, nasýtime vodnými parami, vznikajúce ióny sa stanú kondenzačnými jadrami pre malé hmlové kvapky vody. Tie vytvárajú viditeľnú tenulinkú líniu pozdĺž trajektórie častíc. Schematický náčrt komory je znázornený na obr. 27.1. Na vrchu kovovej valcovitej nádoby V je okno S z číreho skla. Povrch piesta P vo valci je začiernený. Vo vzdušnom priestore medzi skleneným oknom a povrchom piesta sú nasýtené pary vody (alebo alkoholu), ktorý sa vytvorí väčšinou navlhčením povrchu piesta. Vzduch komory sa osvetlí silným zdrojom svetla Z skrz bočné okno B. Na špičku ihly I sa dá malé množstvo rádioaktívnej látky, a ihla sa dá do blízkosti ďalšieho bočného okna O.

Častice vyžiarené rádioaktívnymi atómami rádioaktívnej látky na ihle preletia komorou veľmi rýchlo, a ionizujú vzduch pozdĺž svojej trajektórie. Normálne však kladné a záporné ióny veľmi rýchlo znova spoja, rekombinujú do elektricky neutrálnej molekuly. Teraz predpokladajme, že piest potiahneme trochu smerom dole – ale veľmi rýchlo. Prudkým rozpínaním sa vzduch ochladí, a nakoľko predtým už bol nasýtený vodnými parami, teraz sa stane nimi presýtený, a kondenzujú do hmly. Každá vznikajúca kvapôčka vody vyžaduje nejaké jadro, okolo ktorého sa môže vytvoriť. Dažďové kvapky kondenzujú prirodzenou cestou okolo malých čiastočiek prachu, peľu kvetín, kryštálikov ľadu, či soli.² Aj umelé spustenie dažďa je založené na tom, že z lietadla rozprašujú kryštáliky jodidu strieborného, okolo ktorých sa začnú vytvárať kvapky vody.

V hmlovej komore nie je prach, a miniatúrne kvapky vody sa vytvoria okolo iónov, ktoré predstavujú kondenzačné jadrá, čím sa zviditeľní trajektória rýchlo letiacich nabitých častíc. V hmlovej komore môžeme vidieť mikroskopickú stopu trajektórie častíc, ktoré komorou prechádzajú v okamihu rýchleho pohybu piesta smerom dole. Stopa častíc alfa je relatívne hrubá, lebo dvojnásobne nabitá častica ionizuje vzduch veľmi účinne. Trajektória protónu je už tenšia čiara, a pozdĺž trajektórie elektrónov je hustota vznikajúcich kvapôčok ešte nižšia. V  neskorších hmlových komorách bolo možné vytvoriť aj magnetické pole, ktoré prinútilo nabité častice na zakrivené trajektórie. Na fotografii sa zmeralo zakrivenie trajektórie, z čoho sa dala vypočítať rýchlosť a energia častice.

Obrázok 27.2 je klasická fotografia z hmlovej komory, ktorú zhotovil P.M.S. Blackett – vidíme na nej aj jednu zrážku častice alfa s  atómom dusíka. Tenká čiara, ktorá postupuje z miesta vzniku skoro opačným smerom, je stopa protónu vznikajúceho v jadrovej reakcii. Je jednoduché rozpoznať, že sa jedná o protón, lebo jeho elektrický náboj je len polovičný oproti častici alfa – vďaka polovičnému náboju vytvorí na dráhe jednotkovej dĺžky výrazne menší počet iónov, ako častice alfa. Krátka hrubá stopa predstavuje dráhu ťažkého jadra 817O.