云霧室也稱云室（cloud chamber）是一種早期的核輻射探測器﹐也是最早的帶電粒子徑跡探測器。因發(fā)明者為英國物理學(xué)家威爾遜，一般稱為威爾遜云室。威爾遜（Charles Thomson Rees Wilson，1869-1959），1894年起研究云霧中的光學(xué)現(xiàn)象。1895年，他設(shè)計(jì)了一套設(shè)備，使水蒸氣冷凝來形成云霧。當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為，要使水蒸氣凝結(jié)，每顆霧珠必須有一個(gè)塵埃為核心。威爾遜發(fā)現(xiàn)：潮濕而無塵的空氣膨脹時(shí)出現(xiàn)水滴。他認(rèn)為這可能是水蒸氣以大氣中導(dǎo)電離子為核心而凝聚的結(jié)果?！?/DIV>

　　1896年他用當(dāng)時(shí)新發(fā)現(xiàn)的X射線照射云室中的氣體，觀察到X射線穿過之處空氣被電離，帶電離子會(huì)形成細(xì)微的水滴，顯示出X射線的運(yùn)動(dòng)軌跡，威爾遜為云室增設(shè)了拍攝帶電粒子徑跡的照相設(shè)備，使它成為研究射線的重要儀器。1911年他首先用云室觀察到并照相記錄了α和β粒子的徑跡。

　

　　師從著名物理學(xué)家盧瑟福的物理學(xué)家布萊克特（Patrick M. S. Blackett，1897-1974）將威爾遜云室用于核物理及宇宙射線研究。他從1921年起在劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室工作多年。1924年他用云室照片首次成功地驗(yàn)證了人工輕核轉(zhuǎn)變，即氦-14核俘獲α粒子變?yōu)檠?17。最初的云室不管出現(xiàn)的粒子軌跡是否有意義隨時(shí)進(jìn)行記錄。

　

　　1923年，美國物理學(xué)家康普頓利用威爾遜發(fā)明的云霧室成功得觀察到了光子與電子碰撞?！?/P>

　　1925年布萊克特對威爾遜云室作了重要改進(jìn)，將蓋革計(jì)數(shù)器與云室聯(lián)合運(yùn)用，云室的記錄改由其上方的蓋革計(jì)數(shù)器檢測到粒子而啟動(dòng)，幾乎每張得到的照片都包含著引人入勝的事物，為云室在近代物理研究中的應(yīng)用翻開了嶄新的一頁。云室實(shí)驗(yàn)很快表明，電子攜帶的能量高達(dá)10億電子伏，比以往所知來自放射性的電子的能量要大1000倍。布萊克特改進(jìn)威爾遜云室方法及在核物理和宇宙線領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)，使他獲得了1948年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。　

　　1928年以后，這一技術(shù)在全世界各有關(guān)實(shí)驗(yàn)室得到推廣，取得了重要的成就。由于威爾遜在云室方面的貢獻(xiàn)，他獲得了1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

 

威爾遜云室中顯示的粒子軌跡

威爾遜云室中獲得的典型的粒子軌跡

　　1932年，安德森（Carl David Anderson，1905-1991）與內(nèi)德梅耶（Seth Neddermeyer，1907-1988）將云室置入一個(gè)強(qiáng)磁場之中觀察宇宙射線。宇宙射線進(jìn)入云室后會(huì)留下軌跡，拍下軌跡的照片，即可用來進(jìn)行分析。安德森當(dāng)時(shí)每隔15秒鐘使云室膨脹一次并拍攝照片。通過對1300張粒子軌跡照片的詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)有一種粒子的軌跡與當(dāng)時(shí)已知的帶電粒子的軌跡不一樣。根據(jù)軌跡偏轉(zhuǎn)的方向，可以判斷這種粒子的電荷是正的，又根據(jù)軌跡曲率的大小，可推知這種粒子要比質(zhì)子輕得多，且與電子的質(zhì)量近乎相等?！?/P>

　　安德森后來了解了狄拉克理論后才恍然大悟，他們所發(fā)現(xiàn)的上述粒子正是英國物理學(xué)家狄拉克（Paul A.M.Dirac，1902-1984）預(yù)言過的“反”粒子。正電子的發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)發(fā)展史上的又一座里程碑。它說明了理論在認(rèn)識(shí)末來世界中所起的巨大作用；更重要的這是人類第一次從實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了反物質(zhì)，是人類對物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)的一大飛躍，也為物理學(xué)家探尋新的粒子指明了新的方向。由于安德森的這一重大發(fā)現(xiàn)，他獲得了1936年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在安德森發(fā)現(xiàn)正電子后的短短幾個(gè)月，布萊克特用他拍攝的正負(fù)電子成對產(chǎn)生過程的宇宙線徑跡照片也有力地證實(shí)了正電子的存在。　

　　中國物理學(xué)家王淦昌（1907-1998）1930年在德國柏林大學(xué)威廉皇帝化學(xué)研究所讀研究生時(shí)，了解到玻特（Ｗ.Bothe，1891-1957）用α粒子轟擊鈹核產(chǎn)生了強(qiáng)貫穿輻射，玻特將它解釋為γ輻射。王淦昌對此有所懷疑，曾兩次向?qū)熯~特納（L.Meitner，1878-1968）建議用云霧室做探測器重復(fù)玻特的實(shí)驗(yàn)，可比玻特用計(jì)數(shù)器的實(shí)驗(yàn)更能弄清發(fā)現(xiàn)的貫穿輻射的真正性質(zhì)，但未被邁特納采納?！?/P>

　　1932年，英國物理學(xué)家查德威克（James Chadwick,1891-1974）采用電離室、計(jì)數(shù)器和云霧室實(shí)驗(yàn)，證實(shí)玻特的貫穿輻射不是γ射線，而是一種以前尚未發(fā)現(xiàn)的、與氫核（質(zhì)子）的質(zhì)量差不多的、但不帶電的中性粒子。這正是1920年盧瑟福猜想原子核內(nèi)可能存在的一種中性的粒子，即中子。中子的發(fā)現(xiàn)，不僅改變了當(dāng)時(shí)人們的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的概念，同時(shí)還為研究和變革原子核提供了一種有力的手段，促進(jìn)了核裂變研究工作的發(fā)展和原子能的利用。由于這一重要的發(fā)現(xiàn)，查德威克獲得了1935年諾貝爾獎(jiǎng)物理學(xué)獎(jiǎng)。　

　　1935年日本理論家湯川秀樹（Hideki Yukawa，1907-1981）預(yù)言存在一種質(zhì)量處于電子與質(zhì)子之間的粒子。1937年內(nèi)德梅耶和安德森在宇宙射線云室實(shí)驗(yàn)中檢驗(yàn)出一種粒子的質(zhì)量約為200個(gè)電子的質(zhì)量。物理學(xué)家普遍認(rèn)為，這種粒子就是湯川秀樹預(yù)言過的那種粒子，取名介子。實(shí)際上核力理論所需要的粒子是直到數(shù)年以后才發(fā)現(xiàn)的π介子。當(dāng)時(shí)云室發(fā)現(xiàn)的這種粒子被重新命名為μ介子，后簡稱為μ子，現(xiàn)在μ子已不再劃歸介子類。　

　　云室技術(shù)曾有過多方面的應(yīng)用，在探測器歷史上有過它的輝煌，20世紀(jì)30年代初期是使用云室的全盛時(shí)期，不少學(xué)者創(chuàng)造性地利用云室取得了許多重要成果。直到發(fā)明了更靈敏的徑跡探測器后，云室技術(shù)仍然偶爾使用。　

　　中國物理學(xué)家霍秉權(quán)（1903-1988）1931年進(jìn)入劍橋大學(xué)研究院，他被導(dǎo)師威爾遜發(fā)明的“威爾遜云室”所深深吸引。但霍秉權(quán)發(fā)現(xiàn)這個(gè)聞名世界的“云室”并不完善，上下跳動(dòng)的滾筒不容易掌握，影響了“云室”的功效。他多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后用橡皮膜代替原來的銅活塞用橡皮膜代替原來的活塞，密封性好，膨脹速度快，并減小了畸變現(xiàn)象，大大提高了云室的功效，威爾遜親自著文在英國皇家學(xué)會(huì)介紹這一成就。　

　　1935年2月，霍秉權(quán)應(yīng)清華大學(xué)物理系教授趙忠堯之邀到清華大學(xué)任教，在教課的同時(shí)致力于科學(xué)研究。他自制成小“云室”，并在此基礎(chǔ)上做成了“雙云室”用以觀察宇宙射線。這種“雙云室”觀察宇宙射線徑跡清晰，性能良好，這一創(chuàng)造得到國際著名物理學(xué)家玻爾和威爾遜的充分肯定。受戰(zhàn)爭影響，他隨校遷到昆明后仍然致力于制作“大云室”，研究宇宙射線?！?/P>

　　中國物理學(xué)家張文裕（1910-1992）1946年在美國設(shè)計(jì)建造了一個(gè)自動(dòng)控制、選擇和記錄宇宙線稀有事例的云室，研究宇宙線中μ子與物質(zhì)的相互作用。實(shí)驗(yàn)證明，μ子被核吸收之后，沒有放出α粒子，也就是說，不存在引起爆炸的“星裂”徑跡，從而證明μ子是非強(qiáng)相互作用粒子，否定了關(guān)于介子武器的謠傳。在進(jìn)一步的研究中，他發(fā)現(xiàn)了μ介原子，后者在國際上被稱作“張輻射”?！?/P>

　　1956年張文?；貒?，提議在云南高山站增建一個(gè)大云室組研究高能宇宙線粒子引起的高能核作用。他利用從國外帶回的建造云室用的高級(jí)平面玻璃和一些實(shí)驗(yàn)工具，建成了包括三個(gè)云室的大云室組，中間一個(gè)加有磁場，成為當(dāng)時(shí)國際上規(guī)模最大的云室組。大云室組發(fā)現(xiàn)了一個(gè)質(zhì)量可能10倍于質(zhì)子質(zhì)量的重粒子，并在此項(xiàng)工作中為國家培養(yǎng)了一批宇宙線研究人才。

　

　?。ǜ吣芩萍继幹谱?nbsp;資料來自朗曼學(xué)習(xí)網(wǎng)、中國公眾科技網(wǎng)、中國科學(xué)技術(shù)專家傳略、中國大百科等 ）