تقنية الرؤية: الحجيرة السحابية Cloud Chamber

يقول مولانا في محكم التنزيل: (وأرسلنا الرياح لواقح فأنزلنا من السماء ماءاً فأسقيناكموه وما أنتم له بخازنين) الآية 22 من سورة الحجر. تعمل الغرفة السحابية على ضوء هذه الآية الكريمة. فإذا كان لدينا بخاراً مشبعاً موجوداً في حيز يحوي هواء وبخار ماء (أو سوائل متطايرة كالكحول) حيث توضع جميعاً تحت ضغط معين. فإذا ما انقص الضغط فجأة فإن ذلك يصاحبه انخفاض في درجة الحرارة فإذا كان هذا الانخفاض الناتج أقل من درجة الندى Dew Point فإن البخار يصبح فوق مشبع Supersaturated vapor. فإذا ما مر الإشعاع في هذه اللحظة في البخار فإنه يحدث إيونات به (أنظر تفاعل الإشعاع مع المادة). ومن ثم تبدأ قطرات من البخار في التكثف حول هذه الإيونات. وبالتالي تعمل هذه الإيونات الناتجة كبذور لإنتاج هذه القطرات. وعلى طول مسار الإشعاع في الهواء تتكون هذه الإيونات ومن ثم هذه القطرات وبالتالي تبين هذه القطرات مسار الإشعاع في البخار.

هذا الذي يحدث يشابه ما يحدث في السحاب فعندما تهب الرياح التي تحمل دقائق الغبار معها وتدخل إلى غيمة تحتوي بخار ماء فوق مشبع فإن بخار الماء يبداً في التكثف حول دقيقة البخار مكونا بذلك قطرة صغيرة من الماء وهذا يعني هطول المطر. وربما كان هذا ما تشير إليه الآية الكريمة فالرياح عملت على تلقيح الغيمة واللقاح هنا يعني الإنتاج الذي هو المطر.

تتركب غرفة السحاب من اسطوانة تحوي خليطاً من الهواء وبخار الماء المشبع (مضافاً إليه بعض السوائل الأخرى كالكحول حب الحاجة). ويقفل هذه الأسطوانة بإحكام مكبس سهل الحركة حيث يمكن بواسطته زيادة أو إنقاص الضغط على الخليط وذلك كما نبينه في الشكل (1). فإذا ما تم زيادة حجم الحجرة فجأة وذلك بسحب المكبس إلى الخارج فإن الضغط يقل ويصبح البخار في هذه الحالة فوق مشبع. فإذا دخلت في هذه اللحظة جسيمات إشعاعية إلى البخار فإن الإيونات الناتجة ستكون مراكز تكثف قطرات من البخار وبالتالي نحصل على شريط من هذه القطرات على طول مسار الإشعاع. وبإضاءة الغرفة عند هذه اللحظة الزمنية وذلك باستخدام إضاءة مناسبة فإننا يمكن أن نلتقط صورة للغرفة ومن ثم لمسار الإشعاع وذلك باستخدام آلات تصوير موضوعة بالقرب من اللوج الزجاجي الشفاف الذي يسمح بمراقبة ما يحدث في الغرفة. كما ويمكن وضع الغرفة في مجال مغناطيسي وبالتالي يمكن قياس زخم وطاقة حركة هذه الجسيمات. كما ويمكن التعرف على شحنة الجسيمات الإشعاعية بملاحظة اتجاه انحراف الجسيمات في المجال المغناطيسي .

فإذا أخذت صورة ثلاثية الأبعاد للغرفة فإننا يمكن أن نحلل مسارات الجسيمات والتعرف عليها.

وبعد أخذ هذه الصورة الفوتوغرافية للغرفة يعاد المكبس إلى وضعه الأصلي (الانكماش) ثم نقوم بعد ذلك بالتخلص من الإيونات المتكونة في البخار وذلك بوضع مجال كهربي حول الغرفة يقوم بسحب الإيونات نحو الإلكترودات المناسبة. وبعد ذلك تصبح الغرفة مستعدة لإعادة الكرة. وتتراوح دورة التمدد والانكماش في هذه الغرف بين 10 - 20 ثانية.

من عيوب هذه الغرف إنها نستعرق فترة زمنية طويلة بين دورة التمدد والانكماش (10 - 20 ثانية) أي أن التمايز الزمني لها يقع بين 10- 20 ثانية وهذه فترة زمنية طويلة بالمقارنة مع التفاعلات السريعة. كما يشكل التخلص من الإيونات الحادثة مشكلة كبيرة وخصوصاً للحجرات ذات الأبعاد الكبيرة.

كما وأن زمن استجابتها كبير يبلغ حوالي 0.5 ثانية وهو الزمن الذي تكون فيه الحجرة مستعدة لتكوين قطرات السائل ومن ثم الكشف عن مسار الجسيم . وهذا الزمن هو الذي يمضي بين سحب المكبس إلى الخارج (إنقاص الضغط والحصول على حالة الفوق تشبع) وتكون قطرات من السائل. وهذه فترة زمنية صغيرة جداً إذ إن البخار الذي أصبح فوق مشبع بالتبريد نتيجة للتمدد سيعود ويسخن بسرعة بعد أن يلتقط حرارة من الوسط المحيط.

يبين الشكل (2) مسار جسيمات بعد تصادمها في حجرة سحابية. حيث نجد أنه في الحالات الأربع تسقط جسيمات α (إيونات الهيليوم) على الحجرة من اليسار على أهداف ساكنة حيث :

أ. في الشكل (أ) نجد أن الهدف عبارة عن غاز الهيدروجين (أو البروتونات) وبالتالي فالتفاعل هو تشتت مرن لجسيمات α عن البروتونات.

ب. في الشكل (ب) نجد أن الهدف هو جسيم α آخر وبالتالي يحدث شتت مرن. وعند دراسة الصور ثلاثية الأبعاد تبين أن الجسيمات المرتدة تتحرك متعامدة على بعضها البعض. لاحظ هنا أن الزاوية في الرسم بين الجسيمات ليت قائمة ويرجع ذلك إلى أن الجسيمات لا تقع في مستوى واحد.

ح. في الشكلين (ج، د) نجد أن الأهداف هي الفلور والكلور، على الترتيب.

وتجدر الملاحظة هنا بأنه كلما زادت كتلة الذرة الهدف تزداد زاوية التشتت بين الجسيمات المشتتة.

الشكل (2)