YWS-1大型扩散云雾室（宇宙射线实时探测）

1912年，德国科学家韦克多·汉斯带着电离室在乘气球升空测定空气电离度的实验中，发现电离室内的电流随海拔的升高而变大，从而认定电流是来自地球以外的一种穿透力*的射线所产生的，于是有人为之取名为“宇宙射线”。

宇宙射线主要是有质子、氦核、铁核等裸质子核组成的高能粒子流，也含有少量中性的γ射线和穿过地球的中微子流，由于星际磁场和星际介质的影响，宇宙线粒子在星际空间中经历着复杂的传播过程，这些带电粒子受磁场影响而改变其原本方向。星际磁场就像一个搅拌机，将宇宙线粒子搅拌得各向同性。其中一些zui终穿过，大气层到达地球。这里要指出的是，直接探测宇宙线必需在大气层外进行，用卫星或在宇宙空间站上进行探测。因为除中微子外，几乎所有外来的高能宇宙射线在穿过大气层时都要与大气中的氧氮原子核发生碰撞，并使其失去zui初的身份而转化出次级宇宙线粒子。1938年法国物理学家俄歇发现这些超高能宇宙线的次级粒子又将有足够能量产生下一代粒子，如此下去，就会在地面产生由电磁级联形成的μ子、电子、正电子以及γ射线粒子的组合物，这就是所谓的“广延大气簇射”。正是广延大气簇射提供给我们另一种探测宇宙线的手段——测量宇宙线和大气相互作用产生的次级粒子，即所谓间接探测。我国西藏羊八井宇宙射线观察站就是利用广延大气簇射对宇宙线进行探测。依据原初宇宙线的能量大小和大气簇射产生粒子数目相关的原理，即原初能量越高，次级粒子数目越多，这样就可根据探测到的次级粒子的数目来推知原初粒子能量。

从目前人类探测到的数据可知，宇宙线的的能量约从10⁹电子伏特到10²⁰电子伏特，而迄今为止，人造粒子加速器的zui高能量约为10¹³电子伏特。也就是说宇宙线源这个天然高能加速器的能量是北京正负电子对撞机的一百亿倍。科学家们困惑，天体上什么机制能使粒子达到10²⁰电子伏特的这样高的能量。

今天，人类虽然不能准确说出宇宙射线是由什么地方产生的，但它们无偿地为地球带来了日地空间环境的宝贵信息。宇宙线是至细至微的物质粒子，但其揭示和反应的却是zui宏大的宇宙的信息。宇宙线的研究，关乎于我们从何而来，又将去向何处的*问题。

为了有效和*对宇宙射线进行观测，各国都相继建立了观测站。一般所采用的探测器大致分为二大类。一种是电信号探测器，我国西藏羊八井宇宙射线观察站采用的闪烁体探测器就属于这一类，其工作原理是当高能粒子穿过闪烁体时在其中损失能量使闪烁体发生荧光，这一光束经过光阴极转换并经光电倍增管放大后变成一个电脉冲信号，然后输入电子记录系统，由磁带进行全年不间断记录。另一种是径迹探测器，它不仅能记录带电粒子所产生的电离的大小，还能看到其运动的轨迹，从而探知单个粒子所飞行的具体路径。科学上zui早探测带电粒子径迹的探测器是由英国科学家威尔逊（wilson）1911年发明的云室，其手段是用机械的方法使容器内气体的体积瞬间膨胀，引起温度下降，从而使水蒸气达到过饱和状态。如果此时有带电粒子通过，则会在它所经过的路径上产生电离，以这些电离的粒子为凝聚中心凝成一连串的小水滴，从而显示出粒子的运动路径。云室对粒子物理的发展起了很大的作用，诸如正电子、μ子等许多基本粒子都是在观察宇宙射线时籍由拍摄它们在云室里的运动轨迹而发现的。随着科学的发展，后来科学家们又相继制成了气泡室、原子核乳胶等径迹探测器。这些探测器都曾为现代高能物理学的发展发挥过重要的作用。

根据云室的原理，上海实博实业有限公司协同数位专家教授研制成大型扩散云雾室。它能用来显示、观察原本人类无法看见和感触到的来自宇宙和地球上的射线的径迹。当每秒钟数目众多的射线的径迹连续不断的展示在人们眼前时，使教科书上冷冰冰的名词转变成体会科学的生动的体验，更能激发广大学生对于（粒子）物理学的无限想象空间。大型扩散云雾室在全国高校第七届物理演示研讨会上荣获一等奖，并被全国许多高校和科技馆采纳使用。

一、探测器特点

探测器有宽阔的观察视场（46cm×46cm）能方便而直接地用肉眼看到所有带电粒子的运动轨迹以及这些粒子的入射方向。

本仪器zui大的特点在于能连续不断地显示仪器所在的自然背景辐射及来自宇宙的和来自地球的自然辐射，由于探测器的工作过程是*自动的，所以操作简单，且耗能低。

二、技术要求

1、观察室应有良好的密封性能，保证蒸汽扩散过程十分稳定地达到动态平衡。

2、尽量减少过饱和蒸汽中非粒子径迹所形成的雾状本底和降低正负离子对复合的概率，电场所加的高电压应达3kV～6kV。

3、观察室的低端温度应在30分钟内达到-40℃以下。（本仪器制冷系统中的关键部件均采用德国丹佛斯公司的产品）

三、技术参数

1、显示粒子径迹的活动层：46cm×46cm×近似1cm

2、观察室尺寸：65cm×65cm×20cm

3、工作液体：分析纯无水乙醇

4、制冷剂：R404

5、蒸发槽加热器工作电流：2.5～5A

6、电场电压：6kV

7、低温板工作温度：-30℃～-40℃

8、光源：15W×2（荧光灯）

9、电压：AC220V，50Hz

10、功耗：1kVA

11、重量：95kg