- Chambre à brouillard
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Traces d'ionisation matérialisées sous forme de micro-trainées de condensation par des particules radioactives dans une chambre à brouillard ; Les trainées épaisses et courtes signalent des particules alpha ; les trainées longues et fines matérialisent le passage de particules beta)
Une chambre à brouillard ou chambre de Wilson (Wilson chamber en anglais) est une chambre fermée et contenant un gaz maintenu à une certaine pression et température, de manière à ce qu'il soit saturé en vapeur.
À chaque fois qu'une particule chargée traversera ce gaz, elle l'ionisera, ce qui provoquera sur son passage la formation d'une micro-trainée de gouttelettes de condensation. Ces trainées matérialisent visuellement la trajectoire de la particule, ce qui permet de la détecter, de visualiser sa trajectoire (qui peut être photographiée ou filmée). Mais l'épaisseur et la longueur de la trainée donne aussi des informations sur la quantité d'énergie et la nature de la particule observée ; chaque type de particule (proton, électron et positron, par exemple) produit une trace caractéristique permettant de l'identifier.
Ceci fait de la chambre à brouillard le premier détecteur de particules autres que celles du spectre visible.
Sommaire
Histoire
- la première chambre a brouillard a été créée en 1912 par le physicien écossais Wilson. Fasciné par le spectacle des nuages quand il était jeune éleveur, il a voulu comprendre leur mécanisme de formation en cherchant à les reconstituer dans une chambre fermée, dans le laboratoire Cavendish (Université de Cambridge) [1].
Jeune physicien, il pose l'hypothèse que des ions libres pourraient servir de germes (noyaux de nucléation ou catalyseurs) à la condensation de gouttelettes à partir de la vapeur d'eau présente dans l'air humide.
Il montre dès 1896 que les rayons X, certains rayons cosmiques et surtout des matériaux radioactifs nucléent effectivement l'eau-vapeur en provoquant un brouillard optiquement visible. Plus tard, il montre que dans certaines conditions (milieu à la limite de la saturation en vapeur), les particules qui traversent la chambre sont matérialisées par une ligne permettant de les détecter. Il construit en 1912 une chambre conçue pour l'observation des trajets de particules énergétiques ou chargées, permettant aussi d'identifier certaines caractéristiques de ces particules. - D'autres scientifiques puis de nombreuses équipes de recherche vont alors s'intéresser à ce phénomène et utiliser ou améliorer la chambre de Wilson.
- Ce type de chambre a couramment été utilisée jusque dans les années 1950, puis supplanté par la chambre à bulles, plus performante (laquelle fut elle-même supplantée par d'autres détecteurs à lecture électronique).
- De telles chambres sont encore utilisées pour la pédagogie ou la vulgarisation scientifique.
Elles permettent notamment l'observation directe et facile de rayonnements issus de la désintégration de produits radioactifs. - Une expérience actuelle de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, CLOUD, utilise une chambre à brouillard pour des études sur le climat[2].
Principes
Les chambres à brouillard contemporaines se présentent généralement comme un réservoir plat et horizontal, refroidit et calorifugé, garni d'un couvercle transparent. Elles contiennent de l'alcool isopropylique chauffé par une résistance qui l'évapore. Ce gaz se recondense sur le fond de la chambre refroidi (à -28 °C). La sursaturation des vapeurs d'alcool crée alors un léger brouillard dans le quel vont se matérialiser les trajets de particules assez énergétiques pour le traverser ou traverser les parois de la chambre et du bâtiment qui l'entoure (rayonnement cosmique).
Utilisation
Les chambres à brouillards ont été utilisées pour parfaire :
- l'étude des éléments radioactifs (alpha, beta, gamma, ce dernier étant plus difficile à observer, via les traces laissées par les électrons secondaires issus de l'effet photoélectrique que produisent ces quantas γ avec les molécules de l'air)
- l'étude des produits de réactions nucléaires,
- l'étude des interactions matière/rayonnement/gaz/vapeur, etc.
Notes et références
- Présentation de la Chambre de Wilson (Maison de la science), consulté 2010/04/25
- (fr) public.web.cern.ch ; CLOUD – Cosmics Leaving OUtdoor Droplets, Rayons cosmiques et formation des nuages
Voir aussi
Articles connexes
Liens externes
- la première chambre a brouillard a été créée en 1912 par le physicien écossais Wilson. Fasciné par le spectacle des nuages quand il était jeune éleveur, il a voulu comprendre leur mécanisme de formation en cherchant à les reconstituer dans une chambre fermée, dans le laboratoire Cavendish (Université de Cambridge) [1].
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