人气排行榜探秘气泡室工作原理丨科学百科64期
本期为大家带来：《你知道吗——现代科学中的100个问题》本书是阿西莫夫的杰出作品之一。作者以通俗的语言，深入浅出地解了现代科学中的一百个尖端议题。
其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。
作者对这些的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。
第六十四个问题：气泡室是怎样工作的？气泡室是探亚原子粒子的一种装置，它是美国物理学家格拉泽在1952年发明的，结果，格拉泽获得了1960年的诺贝尔物理学奖。
气泡室实质上是体容器，其中液体的温度高于这种液体的沸点。这时，液体处于高压状态，所以它实际上并不沸腾。但是，如果压力降低，液体就会沸腾，并在液出现蒸汽的气泡。
假定有一个像质子或介子这样的亚原子粒子冲进这样一个气泡室的液体中，它就会同液体中的原子和分子发生碰撞自己的一部分能量转移给它们。因此，在这个液体中，亚原子粒子经过的路线上的原子和分子就会比其他原子和分子稍稍热一些。
样，如果降低液体所受到的压力，蒸汽的气泡就会先沿着亚原子粒子途径上留下能量的那条路线形成。因此，就会有一条可以见到的气泡径迹指出那个粒子是从哪里经过的，这种径迹很容易拍成照片。
这种可见的径迹可以告诉物理学家许多情况，要是气泡室放在强磁体的两个极之间，就更是如此。
那些能够留下气泡径迹的粒子总是带电的——带正电或带负电。如果它们带的是正电，那么，在磁体的影响下，们的路径就会朝一个方向弯曲；如果它们带负电，它们的路径就朝相反的方向弯曲。
物理学家从它们路径弯曲得厉害不厉害，就能确定它们的运率。从这一点，以及根据径迹的粗细等等，又能确定出那个粒子的质量。
当一个粒子衰变成两个以上的粒子时，它的径迹就会分叉。在发生碰撞的情况下，径迹也会分叉。在一张特定的气泡室照片中，会出现大量径迹。有粒子相遇的，有粒子分开的，还有些是分叉的。
有时在一个径迹图形的几个部分之间还有些空白，这些空白就必定要用某种不带电的粒子来解释，因为不带电粒子在气泡室中运动时不留下可见的径迹。
各种径迹的这种复杂的组合对于原子核物理学家来说，就像雪地上各种动物留下的足迹对于有经验的猎人那样富意义。
从这些径迹的性质，物理学家就可以辨认出所碰到的是些什么粒子，或者指出他是否发现了某种全新的粒子。
格拉泽最的气泡室的直径只有几厘米，但是，现在正在建造的气泡室却已成了庞然大物，直径达到几米，能够容纳以立方米计的液体。
气泡所用的液体可以是各种各样的。有些气泡室里装的是液化的惰性气体，例如氙或氦。有些装的则是液化的有机天然气。不过，对气泡室来说，最的液体却是液态氢。
氢是已知的最简单的原子。每一个氢原子含有一个原子核（它只由一个质子构成），还有一个孤零零的电子绕着原子核。因此，液态氢是只由一些孤立的质子和电子构成的。而所有其他液体的原子核，却都是由几个质子和几个中子堆集成的团块。
这样一来，在液态氢中发生的亚原子事件就特别简单，它们全都很容易从气泡所组成的径迹辨认出来。
气泡室的工作原理
密闭容器中的工作液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀时﹐可以在一定的时间间隔内(一般约50毫秒)处于过热的亚稳状态而不马上沸腾；此时如果有高能带电粒子通过﹐在粒子飞行路线上与液体中的原子碰撞而产生低能电子(δ射线)因而产生很多离子对﹐这些离子对在复合时引起局部发热或热针﹐从而形成胚胎气泡 。 逐渐经过不短于0.3毫秒(一般为1毫秒)之后﹐气泡长大﹐就可以对它进行照相；这时把这一连串气泡拍摄下来﹐就得到了高能带电粒子的径迹底片 。 照相结束后﹐立即(在沸腾之前)再压缩工作液体﹐使粒子径迹气泡消失﹐从而使整个系统回到原先的状态﹐并进入下一个工作循环。 整个泡室装置包括室本体及真空系统﹑压缩－膨胀系统﹑安全系统﹑热交换恒温系统﹑照明及照相系统﹑控制系统。 由于物理测量的要求﹐还需要有一个庞大的磁铁系统(一般的常规磁铁或超导磁体)。
解释过热液态的工作原理
过热液体 :是指液体的温度超过其沸腾温度而没有沸腾的情况,此时若加入可以引起液体沸腾的多孔物质或金属,可导致液体爆沸,若液体温度高过其沸腾温度过多，可能导致爆炸。 用微波炉加热用不会引起沸腾的玻璃容器盛装的水会出现过热液体。 形成原因 ：液体沸腾时，液体内部有大量的气泡形成，使汽液分界面大大增加，于是整个液体剧烈汽化。 在一般情况下，液体中容有空气。 以这些既有的空气泡作核而形成的气泡具有足够大的半径，接近于分界面为平面的情形，只要气泡中的蒸汽压等于液体的压强，即发生沸腾。 如果液体中没有现存的空气泡作核，最初气泡的形成，其半径必然极小，泡内饱和蒸气压必然远小于外压力，因此在外压力压迫之下，小气泡难于形成，致使液体不易沸腾，从而成为过热液体。 当达到正常沸点的温度，即饱和蒸汽压P等于液体的压强p, 力学平衡条件 要求气泡内的蒸汽压强大于液体的压强，而 相变平衡条件 又要求气泡内的蒸汽压强小于液体的压强。 因此在正常沸点的温度，不能同时满足 力学平衡条件 和 相变平衡条件 。 除非液体的温度高于正常的沸点，使相应的饱和蒸汽压大于液体压强。 故此，形成了 过热液体 。 把物质加热到通常发生相变的温度以上而仍不出现相变的现象。 例如,久经煮沸的液体,溶于其中的空气全部跑掉后，因缺乏气泡,即缺乏汽化核,可以加热到沸点以上仍不沸腾（有时在1大气压下，水温能上升到130℃左右，在极特殊的情况下,也可以升到200℃）。 这样的液体称为过热液体，它处于亚稳态。 用于核物理实验的气泡室，就是利用过热液体的不稳定性来产生气泡，以显示粒子的径迹。
谁发明了什么？至少10个
爱迪生发明电灯、华佗发明麻沸散、伦琴发现X射线、贝克勒耳发现自发放射性、瑞利发现氩、达伦发明航标灯自动调节器、劳伦斯发明回旋加速器、格拉泽发明气泡室、瓦特发明了蒸汽机、蔡伦发明了纸 、张衡发明了地动仪、贝尔发明了电话，等等。
一、爱迪生发明电灯
1874年，加拿大的两名电气技师申请了一项电灯专利：在玻璃泡之下充入氮气，以通电的碳杆发光，但他们没有足够财力继续完善这项发明，于是在1875年把专利卖给了爱迪生。
爱迪生购入专利后尝试改良灯丝，终于在1880年制造出能持续亮1200个小时的碳化竹丝灯。
不过，美国专利局判爱迪生的碳丝白炽灯发明落于人后，专利无效。打了多年的官司后，亨利·戈培尔赢得专利，最后爱迪生从戈培尔贫困的遗孀手上买下专利。
在英国，斯旺控告爱迪生侵犯专利，后来他们在法庭之外和解，于1883年在英国建立一家联合公司。斯旺后来把他的股权及专利都卖给了爱迪生。
二、瓦特发明了蒸汽机
1764年，英国的仪器修理工詹姆斯·瓦特为格拉斯哥大学修理纽可门蒸汽机模型时，注意到了这一缺点，并于1765年发明了设有与汽缸壁分开的凝汽器的蒸汽机，并于1769年取得了英国的专利。
初期的瓦特蒸汽机仍用平衡杠杆和拉杆机构来驱动提水泵，为了从凝汽器中抽除凝结水和空气，瓦特装设了抽气泵。他还在汽缸外壁加装夹层，用蒸汽加热汽缸壁，以减少冷凝损失。
瓦特的创造性工作使蒸汽机迅速地发展，他使原来只能提水的机械，成为了可以普遍应用的蒸汽机，并使蒸汽机的热效率成倍提高，煤耗大大下降。因此瓦特是蒸汽机的改良者。
三、蔡伦发明了纸
改进造纸术时的蔡伦主管监督制造宫中用的各种器物。他挑选出树皮、破麻布、旧渔网等，让工匠们把它们切碎剪断，放在一个大水池中浸泡。
过了一段时间后，其中的杂物烂掉了，而纤维不易腐烂，就保留了下来。他再让工匠们把浸泡过的原料捞起，放入石臼中，不停搅拌，直到它们成为浆状物。
元兴元年（公元105年）蔡伦向汉和帝献纸，蔡伦将造纸的方法写成奏折，连同纸张呈献皇帝，得到皇帝的赞赏，便诏令天下朝廷内外使用并推广，朝廷各官署、全国各地都视作奇迹。
九年后，蔡伦被封为“龙亭侯”，食邑300户。由于在全国各地逐步推行的新造纸方法是蔡伦发明的，人们便把这种纸都称为“蔡侯纸”。
四、张衡发明了地动仪
张衡所处的东汉时代，地震比较频繁。据《后汉书·五行志》记载，自和帝永元四年（公元92年）到安帝延光四年（公元125年）的三十多年间，共发生了二十六次大的地震。
地震区有时大到几十个郡，引起地裂山崩、房屋倒塌、江河泛滥，造成了巨大的损失。张衡对地震有不少亲身体验。为了掌握全国地震动态，他经过长年研究，终于在阳嘉元年（公元132年）发明了候风地动仪──世界上第一架地震仪。
当时利用这架仪器成功地测报了西部地区发生的一次地震，引起全国的重视。这比起西方国家用仪器记录地震的历史早一千七百多年。
五、贝尔发明了电话
贝尔本人是一个声学生理学家和聋哑人语的教师。在他之前，德国人菲利普·雷斯曾发明过一台电话机，但其传声效果极坏，实际上无法被使用。1876年3月10日贝尔与他的同事试验了世界上第一台可用的电话机。
此外贝尔还发明了一台测量听力的仪器，一台可用来发现人体内金属的仪器以及其它一些发明创造。
贝尔拥有电话的发明专利，但是有人也指出，从意大利移民到美国的安东尼奥·梅乌奇（Antonio Meucci）才是电话的发明者。
参考资料：
网络百科-电灯
网络百科-蒸汽机
网络百科-蔡伦
网络百科-地动仪
网络百科-贝尔
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