{"id":15490,"date":"2020-01-09T10:17:15","date_gmt":"2020-01-09T10:17:15","guid":{"rendered":"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/quest-ce-que-cloud-chamber-definition\/"},"modified":"2021-07-05T11:28:36","modified_gmt":"2021-07-05T11:28:36","slug":"quest-ce-que-cloud-chamber-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/fr\/quest-ce-que-cloud-chamber-definition\/","title":{"rendered":"Qu’est-ce que le chambre \u00e0 brouillard – D\u00e9finition"},"content":{"rendered":"
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Les chambres \u00e0 brouillard, \u00e9galement connues sous le nom de chambres de Wilson, sont des d\u00e9tecteurs de particules, qui \u00e9taient des dispositifs essentiels dans les premi\u00e8res recherches en physique nucl\u00e9aire et des particules. Dosim\u00e9trie des rayonnements<\/div>\n<\/div>\n
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\"Alpha<\/a>
Particules alpha et \u00e9lectrons (d\u00e9vi\u00e9s par un champ magn\u00e9tique) d’une tige de thorium dans une chambre \u00e0 brouillard.
\nSource: wikipedia.org<\/figcaption><\/figure>\n

Les chambres \u00e0 brouillard<\/strong>\u00a0, \u00e9galement connues sous le nom de\u00a0chambres de Wilson<\/strong> , sont des d\u00e9tecteurs de particules, qui \u00e9taient des dispositifs essentiels dans les premi\u00e8res recherches en physique nucl\u00e9aire et des particules. Les chambres \u00e0 brouillard, l’un des instruments les plus simples pour \u00e9tudier les particules \u00e9l\u00e9mentaires<\/a>\u00a0, ont \u00e9t\u00e9 remplac\u00e9es par des d\u00e9tecteurs plus modernes dans la recherche actuelle, mais elles restent un appareil p\u00e9dagogique tr\u00e8s int\u00e9ressant.<\/p>\n

Chambre \u00e0 brouillard – Principe de fonctionnement<\/h2>\n

Le principe fondamental qui les sous-tend est la\u00a0sursaturation d’une substance vapeur<\/strong>\u00a0, un \u00e9tat dans lequel l’air, ou tout autre gaz, contient plus de vapeur de cette substance qu’il ne peut en maintenir dans un \u00e9quilibre stable.\u00a0Une particule charg\u00e9e d’\u00e9nergie (par exemple, une particule\u00a0alpha<\/a>\u00a0ou\u00a0b\u00eata<\/a>\u00a0) interagit avec le m\u00e9lange de vapeur et cr\u00e9e une\u00a0trace d’ions<\/strong>\u00a0qui, dans des conditions de sursaturation, agissent comme\u00a0des noyaux de condensation<\/strong>\u00a0autour desquels une tra\u00een\u00e9e de brouillard de petites gouttelettes se forme si le m\u00e9lange gazeux est au point de condensation.<\/p>\n

\"Diagramme<\/a>
Une chambre \u00e0 brouillard de type diffusion. L’alcool (g\u00e9n\u00e9ralement l’isopropanol) est \u00e9vapor\u00e9 par un r\u00e9chauffeur dans un conduit dans la partie sup\u00e9rieure de la chambre. La vapeur de refroidissement descend jusqu’\u00e0 la plaque r\u00e9frig\u00e9r\u00e9e noire, o\u00f9 elle se condense. En raison du gradient de temp\u00e9rature, une couche de vapeur sursatur\u00e9e se forme au-dessus de la plaque inf\u00e9rieure. Dans cette r\u00e9gion, les particules de rayonnement induisent de la condensation et cr\u00e9ent des traces de nuages. Source: wikipedia.org Licence: CC BY-SA 4.0<\/figcaption><\/figure>\n

Ces gouttelettes sont visibles comme une\u00a0trace de \u00ab brouillard\u00bb<\/strong>\u00a0qui persiste pendant plusieurs secondes tandis que les gouttelettes tombent \u00e0 travers la vapeur.\u00a0La condensation de la vapeur sur ces noyaux permet une identification visuelle des trajectoires des particules, conduisant \u00e0 une \u00e9tude simple de leurs propri\u00e9t\u00e9s.\u00a0Dans la chambre d’origine de Wilson, l’air \u00e0 l’int\u00e9rieur de l’appareil scell\u00e9 \u00e9tait satur\u00e9 de vapeur d’eau, puis un diaphragme a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 pour dilater l’air \u00e0 l’int\u00e9rieur de la chambre (expansion adiabatique), refroidir l’air et commencer \u00e0 condenser la vapeur d’eau.\u00a0Par cons\u00e9quent, le nom de\u00a0chambre \u00e0 brouillard\u00a0d’expansion<\/strong> est utilis\u00e9.\u00a0La premi\u00e8re antiparticule, le positron, le muon et la premi\u00e8re particule \u00e9trange, le kaon, ont \u00e9galement \u00e9t\u00e9 identifi\u00e9es pour la premi\u00e8re fois \u00e0 l’aide d’une chambre \u00e0 brouillard.<\/p>\n

Chambre \u00e0 brouillard de diffusion<\/h2>\n

Bien que\u00a0les chambres \u00e0 brouillard de diffusion<\/strong>\u00a0n’aient jamais \u00e9t\u00e9 largement utilis\u00e9es dans la recherche en physique nucl\u00e9aire et des particules, \u00e9tant faciles \u00e0 construire, elles restent\u00a0des instruments p\u00e9dagogiques<\/strong> int\u00e9ressants\u00a0.\u00a0Une chambre \u00e0 brouillard de diffusion diff\u00e8re de la chambre \u00e0 brouillard \u00e0 expansion par le fait qu’elle est sensibilis\u00e9e en continu aux rayonnements et que le fond doit \u00eatre refroidi \u00e0 une temp\u00e9rature plut\u00f4t basse, g\u00e9n\u00e9ralement plus froide que -26 \u00b0 C (-15 \u00b0 F). Au lieu de la vapeur d’eau, l’alcool est utilis\u00e9 en raison de son point de cong\u00e9lation plus bas. De nos jours, ils sont un moyen facile d’apprendre et de visualiser les particules \u00e9l\u00e9mentaires et les rayonnements.<\/p>\n

Ionisation et informations sur la piste<\/h3>\n

Il faut souligner que les gouttes qui forment dans ces appareils des traces se d\u00e9veloppent sur les ions cr\u00e9\u00e9s par le passage des particules ionisantes.\u00a0Ainsi, ce processus d’ionisation doit \u00eatre analys\u00e9.\u00a0Chaque type de particule\u00a0interagit de mani\u00e8re diff\u00e9rente<\/strong>\u00a0, donc la connaissance de cette interaction, comment les diff\u00e9rentes particules d\u00e9posent de l’\u00e9nergie dans la mati\u00e8re et combien d’\u00e9nergie les particules d\u00e9posent, est fondamentale pour notre compr\u00e9hension du probl\u00e8me.\u00a0Par exemple, des particules charg\u00e9es de hautes \u00e9nergies peuvent directement ioniser les atomes.\u00a0Particules alpha<\/a>sont assez massifs et portent une double charge positive, ils ont donc tendance \u00e0 parcourir seulement une courte distance et \u00e0 ne pas p\u00e9n\u00e9trer tr\u00e8s loin dans les tissus, voire pas du tout.\u00a0Cependant, les particules alpha d\u00e9poseront leur \u00e9nergie sur un plus petit volume (\u00e9ventuellement seulement quelques cellules si elles p\u00e9n\u00e8trent dans un corps) et causeront plus de dommages \u00e0 ces quelques cellules.\u00a0En cons\u00e9quence, les particules alpha laissent une trace courte mais significative dans la chambre.<\/p>\n

Les particules b\u00eata<\/a>\u00a0(\u00e9lectrons) sont beaucoup plus petites que les particules alpha.\u00a0Ils portent une seule charge n\u00e9gative.\u00a0Ils sont plus p\u00e9n\u00e9trants que les particules alpha.\u00a0Ils peuvent parcourir plusieurs m\u00e8tres mais d\u00e9posent moins d’\u00e9nergie \u00e0 n’importe quel point de leur trajet que les particules alpha.\u00a0Par cons\u00e9quent, les particules b\u00eata laissent une trace plus longue mais moins visible dans la chambre.<\/p>\n

Si un champ magn\u00e9tique est appliqu\u00e9 \u00e0 travers la chambre \u00e0 brouillard, les particules charg\u00e9es positivement et n\u00e9gativement se courberont dans des directions oppos\u00e9es, selon la loi de force de Lorentz.<\/p>\n

Selon les donn\u00e9es exp\u00e9rimentales, l’ionisation sp\u00e9cifique dN \/ dx dans les chambres \u00e0 brouillard, d\u00e9finie comme le nombre moyen d’ions produits par unit\u00e9 de longueur par une particule passante, est bien d\u00e9crite dans une premi\u00e8re approximation \u00e0 la fois pour les \u00e9lectrons et pour les particules plus massives par l’ \u00e9quation de Bethe<\/strong><\/a>\u00a0.<\/p>\n

Puissance d’arr\u00eat – Formule Bethe<\/h3>\n

Une variable pratique qui d\u00e9crit les propri\u00e9t\u00e9s d’ionisation du milieu environnant est\u00a0le pouvoir d’arr\u00eat<\/strong>\u00a0.\u00a0Le pouvoir d’arr\u00eat lin\u00e9aire du mat\u00e9riau est d\u00e9fini comme le\u00a0rapport<\/strong>\u00a0entre la\u00a0perte d’\u00e9nergie diff\u00e9rentielle<\/strong>\u00a0pour la particule \u00e0 l’int\u00e9rieur du mat\u00e9riau et la\u00a0longueur de trajet diff\u00e9rentiel<\/strong>\u00a0correspondante\u00a0:<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

, o\u00f9 T est l’\u00e9nergie cin\u00e9tique de la particule charg\u00e9e, nion est le nombre de paires \u00e9lectron-ion form\u00e9es par unit\u00e9 de longueur de trajet, et I repr\u00e9sente l’\u00e9nergie moyenne n\u00e9cessaire pour ioniser un atome dans le milieu.\u00a0Pour les particules charg\u00e9es,\u00a0S augmente \u00e0 mesure que la vitesse des particules diminue<\/strong>\u00a0.\u00a0L’expression classique qui d\u00e9crit la perte d’\u00e9nergie sp\u00e9cifique est connue sous le nom de formule de Bethe.\u00a0La formule non relativiste a \u00e9t\u00e9 trouv\u00e9e par Hans Bethe en 1930. La version relativiste (voir ci-dessous) a \u00e9galement \u00e9t\u00e9 trouv\u00e9e par Hans Bethe en 1932.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Dans cette expression, m est la masse au repos de l’\u00e9lectron, \u03b2 est \u00e9gal \u00e0 v \/ c, ce qui exprime la vitesse de la particule par rapport \u00e0 la vitesse de la lumi\u00e8re, \u03b3 est le facteur de Lorentz de la particule, Q est \u00e9gal \u00e0 sa charge, Z est le num\u00e9ro atomique du milieu et n est la densit\u00e9 des atomes dans le volume.\u00a0Pour les particules non relativistes (les particules charg\u00e9es lourdes sont pour la plupart non relativistes), dT \/ dx\u00a0d\u00e9pend de 1 \/ v\u00a0<\/strong>2<\/sup><\/strong>\u00a0.\u00a0Cela s’explique par le temps plus long que passe la particule charg\u00e9e dans le champ n\u00e9gatif de l’\u00e9lectron, lorsque la vitesse est faible.<\/p>\n

La nature de l’interaction d’un rayonnement b\u00eata<\/strong>\u00a0avec la mati\u00e8re est diff\u00e9rente du\u00a0rayonnement alpha<\/a>\u00a0, malgr\u00e9 le fait que les particules b\u00eata soient \u00e9galement des particules charg\u00e9es.\u00a0Par rapport aux particules alpha, les particules b\u00eata ont\u00a0une masse beaucoup plus faible<\/strong>\u00a0et atteignent\u00a0principalement des \u00e9nergies relativistes<\/strong>\u00a0.\u00a0Leur masse est \u00e9gale \u00e0 la masse des \u00e9lectrons orbitaux avec lesquels ils interagissent et contrairement \u00e0 la particule alpha, une fraction beaucoup plus importante de son \u00e9nergie cin\u00e9tique peut \u00eatre perdue en une seule interaction.\u00a0\u00c9tant donn\u00e9 que les particules b\u00eata atteignent principalement les \u00e9nergies relativistes, la\u00a0formule<\/a>\u00a0non relativiste de\u00a0Bethe\u00a0<\/a>\u00a0ne peut pas \u00eatre utilis\u00e9e.\u00a0Pour les \u00e9lectrons de haute \u00e9nergie,<\/strong>\u00a0une expression similaire a \u00e9galement \u00e9t\u00e9 d\u00e9riv\u00e9e par\u00a0Bethe<\/strong>d\u00e9crire la perte d’\u00e9nergie sp\u00e9cifique due \u00e0 l’\u00a0excitation et \u00e0 l’ionisation<\/strong>\u00a0(les \u00abpertes par collision\u00bb).<\/p>\n

\"Formule<\/a>
Formule Bethe modifi\u00e9e pour les particules b\u00eata.<\/figcaption><\/figure>\n

De plus, les particules b\u00eata peuvent interagir via une interaction\u00a0\u00e9lectron-nucl\u00e9aire<\/strong>\u00a0(diffusion \u00e9lastique des noyaux), ce qui peut modifier consid\u00e9rablement la\u00a0direction des particules b\u00eata<\/strong>\u00a0.\u00a0Par cons\u00e9quent, leur chemin n’est pas si simple.\u00a0Les particules b\u00eata suivent un\u00a0chemin<\/strong>\u00a0tr\u00e8s\u00a0zigzag \u00e0<\/strong>\u00a0travers le mat\u00e9riau absorbant, ce chemin de particules r\u00e9sultant est plus long que la p\u00e9n\u00e9tration lin\u00e9aire (plage) dans le mat\u00e9riau.<\/p>\n

Les particules b\u00eata diff\u00e8rent \u00e9galement des autres particules charg\u00e9es lourdes par la fraction d’\u00e9nergie perdue par processus radiatif connue sous le nom de\u00a0bremsstrahlung<\/strong><\/a>\u00a0.\u00a0D’apr\u00e8s la th\u00e9orie classique, lorsqu’une particule charg\u00e9e est acc\u00e9l\u00e9r\u00e9e ou d\u00e9c\u00e9l\u00e9r\u00e9e,\u00a0elle doit rayonner de l’\u00e9nergie<\/strong>\u00a0et le rayonnement de d\u00e9c\u00e9l\u00e9ration est connu sous\u00a0le<\/strong>\u00a0nom de\u00a0bremsstrahlung (\u00abrayonnement de freinage\u00bb)<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

Chambre de \u00e0 brouillard et d\u00e9couverte de Positron<\/h3>\n

Les positrons<\/a>\u00a0sont des particules charg\u00e9es positivement (+ 1e), presque sans masse.\u00a0Leur masse au repos est \u00e9gale \u00e0 9,109 \u00d7 10\u00a0-31<\/sup>\u00a0kg (\u00a0510,998 keV \/ c\u00a0<\/strong>2<\/strong>\u00a0) (environ 1\/1836 celle du\u00a0proton<\/a>\u00a0).<\/p>\n

\"Positron<\/a>
Des antielectrons ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9couverts par Paul Dirac et Carl D. Anderson en 1932 et nomm\u00e9s positrons. Ils ont \u00e9tudi\u00e9 les collisions de rayons cosmiques via une chambre \u00e0 brouillard \u200b\u200b- un d\u00e9tecteur de particules dans lequel des \u00e9lectrons (ou positrons) en mouvement laissent des traces lorsqu’ils se d\u00e9placent dans le gaz. Source: wikipedia.org Licence: domaine public<\/figcaption><\/figure>\n

Comme toutes les particules \u00e9l\u00e9mentaires, les \u00e9lectrons pr\u00e9sentent des propri\u00e9t\u00e9s \u00e0 la fois de particules et d’ondes: ils peuvent entrer en collision avec d’autres particules et peuvent \u00eatre diffract\u00e9s comme la lumi\u00e8re.\u00a0L’id\u00e9e originale des antiparticules est venue d’une\u00a0\u00e9quation d’onde relativiste<\/strong>\u00a0d\u00e9velopp\u00e9e en 1928 par le scientifique anglais\u00a0PAM Dirac<\/strong>(1902-1984). Il a r\u00e9alis\u00e9 que sa version relativiste de l’\u00e9quation d’onde de Schr\u00f6dinger pour les \u00e9lectrons pr\u00e9disait la possibilit\u00e9 d’anti-\u00e9lectrons. Ceux-ci ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9couverts par Paul Dirac et Carl D. Anderson en 1932 et nomm\u00e9s positrons. Ils ont \u00e9tudi\u00e9 les collisions de rayons cosmiques via une chambre \u00e0 brouillard \u200b\u200b- un d\u00e9tecteur de particules dans lequel des \u00e9lectrons (ou positrons) en mouvement laissent des traces lorsqu’ils se d\u00e9placent dans le gaz. Les trajets des positrons dans une chambre \u00e0 brouillard tracent le m\u00eame trajet h\u00e9lico\u00efdal qu’un \u00e9lectron mais tournent dans la direction oppos\u00e9e par rapport \u00e0 la direction du champ magn\u00e9tique car ils ont la m\u00eame amplitude de rapport charge \/ masse mais avec une charge oppos\u00e9e et, par cons\u00e9quent, oppos\u00e9e sign\u00e9 des rapports charge \/ masse. Bien que Dirac n’ait pas lui-m\u00eame utilis\u00e9 le terme d’ antimati\u00e8re<\/strong><\/a>\u00a0, son utilisation fait suite assez naturellement aux anti\u00e9lectrons,antiprotons<\/a>\u00a0, etc.<\/p>\n

Chambre \u00e0 bulles<\/h2>\n

Les chambres \u00e0 bulles<\/strong> sont des d\u00e9tecteurs de particules, qui sont bas\u00e9s sur un principe similaire \u00e0 celui des chambres \u00e0 brouillard. Dans la chambre \u00e0 bulles, les traces de particules subatomiques se r\u00e9v\u00e8lent sous forme de tra\u00een\u00e9es de bulles dans un liquide chauff\u00e9 juste en dessous de son point d’\u00e9bullition, g\u00e9n\u00e9ralement de l’hydrog\u00e8ne liquide. Les chambres \u00e0 bulles peuvent \u00eatre physiquement plus grandes que les chambres \u00e0 brouillard, et comme elles sont remplies de mat\u00e9riau liquide beaucoup plus dense, elles r\u00e9v\u00e8lent les traces de particules beaucoup plus \u00e9nerg\u00e9tiques. Une particule charg\u00e9e d’\u00e9nergie (par exemple, une particule alpha ou b\u00eata) interagit avec le liquide et le liquide entre dans une phase m\u00e9tastable surchauff\u00e9e. Autour de la piste d’ionisation, le liquide se vaporise, formant des bulles microscopiques. La densit\u00e9 de bulles autour d’une piste est proportionnelle \u00e0 la perte d’\u00e9nergie d’une particule.<\/p>\n

Il faut souligner que les bulles qui, dans ces appareils, forment des traces se d\u00e9veloppent sur les ions cr\u00e9\u00e9s par le passage des particules ionisantes.\u00a0Ainsi, ce processus d’ionisation doit \u00eatre analys\u00e9.\u00a0Chaque type de particule\u00a0interagit de mani\u00e8re diff\u00e9rente<\/strong>\u00a0, donc la connaissance de cette interaction, comment les diff\u00e9rentes particules d\u00e9posent de l’\u00e9nergie dans la mati\u00e8re et combien d’\u00e9nergie les particules d\u00e9posent, est fondamentale pour notre compr\u00e9hension du probl\u00e8me.\u00a0Par exemple, des particules charg\u00e9es de hautes \u00e9nergies peuvent directement ioniser les atomes.\u00a0Particules alpha<\/a>sont assez massifs et portent une double charge positive, ils ont donc tendance \u00e0 parcourir seulement une courte distance et ne p\u00e9n\u00e8trent pas tr\u00e8s loin dans les tissus, voire pas du tout.\u00a0Cependant, les particules alpha d\u00e9poseront leur \u00e9nergie sur un plus petit volume (\u00e9ventuellement seulement quelques cellules si elles p\u00e9n\u00e8trent dans un corps) et causeront plus de dommages \u00e0 ces quelques cellules.\u00a0En cons\u00e9quence, les particules alpha laissent une trace courte mais significative dans la chambre.<\/p>\n

Les particules b\u00eata<\/a>\u00a0(\u00e9lectrons) sont beaucoup plus petites que les particules alpha.\u00a0Ils portent une seule charge n\u00e9gative.\u00a0Ils sont plus p\u00e9n\u00e9trants que les particules alpha.\u00a0Ils peuvent parcourir plusieurs m\u00e8tres mais d\u00e9posent moins d’\u00e9nergie \u00e0 n’importe quel point de leur trajet que les particules alpha.\u00a0Par cons\u00e9quent, les particules b\u00eata laissent une trace plus longue mais moins visible dans la chambre.<\/p>\n

Si un champ magn\u00e9tique est appliqu\u00e9 \u00e0 travers la chambre \u00e0 brouillard, les particules charg\u00e9es positivement et n\u00e9gativement se courberont dans des directions oppos\u00e9es, selon la loi de force de Lorentz.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Cet article est bas\u00e9 sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la \u00e0 l’adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous appr\u00e9cions votre aide, nous mettrons \u00e0 jour la traduction le plus rapidement possible. Merci<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Les chambres \u00e0 brouillard, \u00e9galement connues sous le nom de chambres de Wilson, sont des d\u00e9tecteurs de particules, qui \u00e9taient des dispositifs essentiels dans les premi\u00e8res recherches en physique nucl\u00e9aire et des particules. Dosim\u00e9trie des rayonnements Particules alpha et \u00e9lectrons (d\u00e9vi\u00e9s par un champ magn\u00e9tique) d’une tige de thorium dans une chambre \u00e0 brouillard. 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