Camera a nebbia
Che cos'è e come funziona una camera a nebbia?
La camera a nebbia è un rivelatore di traccia per particelle cariche veloci, le cui traiettorie vengono rese visibili facendo condensare delle goccioline di nebbia da un vapore soprassaturo sugli ioni prodotti - attraversando la camera - dalle particelle stesse.
Le camere a nebbia, che si impiegano nelle ricerche di fisica nucleare, si possono far funzionare a pressioni minori, uguali, o maggiori di quella atmosferica.
Nelle camere a nebbia è contenuta generalmente una miscela di un gas facilmente ionizzabile con un vapore che si può facilmente portare alla soprassaturazione (si dice che un vapore è soprassaturo quando esso ha pressione maggiore della sua tensione di vapor saturo, cioè della pressione di equilibrio tra fase liquida e fase aeriforme, alla temperatura considerata); in questo stato il vapore stesso è particolarmente instabile e tende a condensare su qualsiasi centro di condensazione presente (polvere, ioni spuri e ioni prodotti dal passaggio delle particelle).
In questo modo si ottiene la condensazione del vapore sugli ioni prodotti in gran numero sulla loro traiettoria dalle particelle cariche veloci: si formano così le tracce costituite da serie di goccioline di nebbia contigue.
Sotto opportune condizioni di illuminazione della camera esse si possono anche fotografare, ottenendo una registrazione permanente delle traiettorie.
Camere a espansione e camere a diffusione
Secondo il metodo usato per portare il vapore alla soprassaturazione le camere a nebbia possono essere:
- a espansione;
- a diffusione.
Camera a nebbia a espansione
La miscela di gas e vapor saturo viene sottoposta a una rapida espansione spostando un pistone o un diaframma di gomma e il conseguente abbassamento di temperatura provoca la soprassaturazione; questo metodo fu introdotto da C. T. R. Wilson, dal quale la camera che lo adotta prende nome.
La composizione della miscela di gas e vapore usata nelle camere di Wilson varia secondo le specifiche applicazioni a cui sono destinate: generalmente si usano delle miscele di aria, argon o elio con vapore d'acqua o di etanolo.
Camera a nebbia a diffusione
Nella camera si stabilisce un gradiente termico verticale riscaldando la parte superiore e raffreddandone il fondo.
Il vapore, introdotto dall'alto, si raffredda diffondendo verso il basso, cosicché una certa regione della camera è sempre occupata da vapore soprassaturo: il passaggio di particelle ionizzanti in tale zona provoca quindi la formazione di tracce.
Le miscele di gas e vapore più usate sono quelle di etanolo e metanolo con aria, argon, azoto o idrogeno; la pressione varia generalmente da meno di 1 atm a circa 20 atm.
Informazioni fornite dalle camere a nebbia
La possibilità di registrare fotograficamente le tracce e il modo di produzione di esse consentono di ottenere dalle camere a nebbia importanti informazioni sugli eventi rivelati.
Innanzitutto dalla densità di goccioline di nebbia lungo la traccia è possibile risalire alla ionizzazione prodotta dalla particella e quindi alla sua velocità; inoltre dalla lunghezza della traccia, se questa finisce entro la camera, si può stabilirne anche l'energia.
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