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)計了一套設(shè)備，使水蒸氣冷凝來形成云霧。當(dāng)時普遍認為，要使水蒸氣凝結(jié)，每顆霧珠必須有一個塵埃為核心。威爾遜發(fā)現(xiàn)：潮濕而無塵的空氣膨脹時出現(xiàn)水滴。他認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，帶電離子會形成細微的水滴，顯示出X射線的運動軌跡，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)卡文迪什實驗室工作多年。1924年他用云室照片首次成功地驗證了人工輕核轉(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進行記錄。

　

　　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，將蓋革計數(shù)器與云室聯(lián)合運用，云室的記錄改由其上方的蓋革計數(shù)器檢測到粒子而啟動，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。云室實驗很快表明，電子攜帶的能量高達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?！?/P>

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

 

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）將云室置入一個強磁場之中觀察宇宙射線。宇宙射線進入云室后會留下軌跡，拍下軌跡的照片，即可用來進行分析。安德森當(dāng)時每隔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分析，發(fā)現(xiàn)有一種粒子的軌跡與當(dāng)時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。它說明了理論在認識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驗上發(fā)現(xiàn)了反物質(zhì)，是人類對物質(zhì)世界認識的一大飛躍，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。在安德森發(fā)現(xiàn)正電子后的短短幾個月，布萊克特用他拍攝的正負電子成對產(chǎn)生過程的宇宙線徑跡照片也有力地證實了正電子的存在。　

　　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，了解到玻特（Ｗ.Bothe，1891-1957）用α粒子轟擊鈹核產(chǎn)生了強貫穿輻射，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)玻特的實驗，可比玻特用計數(shù)器的實驗更能弄清發(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、計數(shù)器和云霧室實驗，證實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)時人們的物質(zhì)結(jié)構(gòu)的概念，同時還為研究和變革原子核提供了一種有力的手段，促進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年諾貝爾獎物理學(xué)獎。　

　　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驗中檢驗出一種粒子的質(zhì)量約為200個電子的質(zhì)量。物理學(xué)家普遍認為，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30年代初期是使用云室的全盛時期，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)這個聞名世界的“云室”并不完善，上下跳動的滾筒不容易掌握，影響了“云室”的功效。他多次進行實驗，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)會介紹這一成就?！?/P>

　　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。　

　　中國物理學(xué)家張文裕（1910-1992）1946年在美國設(shè)計建造了一個自動控制、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。實驗證明，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子是非強相互作用粒子，否定了關(guān)于介子武器的謠傳。在進一步的研究中，他發(fā)現(xiàn)了μ介原子，后者在國際上被稱作“張輻射”?！?/P>

　　1956年張文裕回國后，提議在云南高山站增建一個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平面玻璃和一些實驗工具，建成了包括三個云室的大云室組，中間一個加有磁場，成為當(dāng)時國際上規(guī)模最大的云室組。大云室組發(fā)現(xiàn)了一個質(zhì)量可能10倍于質(zhì)子質(zhì)量的重粒子，并在此項工作中為國家培養(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 ）