Remarks on the operation of the diffusion cloud chamber — II

Summary

The first results of our theory on the operation of the diffusion cloud chamber have already been published in a previous paper. The particular problem then resolved will now be faced from a more general point of view, with regard to the nature and the pressure of the filling gas and ion load, while retaining the geometrical characteristics of the chamber, the temperatures imposed at the bottom and at the top, and the nature of the organic vapour used (methyl alcohol). We will establish a relation which has to be satisfied by the parameters characterising a chamber (nature and pressure of the gas and ion load) if the height of the sensitive layer has to remain unchanged, and a second relation which directly furnishes the height of the sensitive layer as a function of these parameters once it is known for a particular set of them. This relation will be discussed in detail and calculated for H₂, D₂, He, CO2, A and Air, for pressures between 0.5 and 20 atm and assuming an ion load,n (number of ions that are formed per cm’/s in the interior of the chamber) between 2 and 100. We will show further how it is possible to calculate in a simple and direct way the temperature gradient, in the zone of the chamber sensitive to the ionizing particles, as a function of its height. The results of the calculation will be compared with the experimental results. The particular problem considered in our previous paper, in which the various parameters were considered to be functions of a orizontal co-ordinate as well as functions of the height measured from the bottom of the chamber (two-dimensional case) will now be studied in a more general way, keeping still the same geometry of the instrument, the temperatures imposed on the bottom and top, and the organic vapour used. We will assume various temperature and vapour pressure distributions on the side walls of the chamber (or on plates of any material placed vertically in it) and will show how the geometry of the sensitive layer will thereby be changed. Similarly to what was done in the one-dimensional case, one can consider gases of various natures and pressures with different ion loads. We shall discuss the various cases considered and establish the criteria to follow (when imposing the temperature and vapour pressure distributions) so that the distance from the walls or plates, to which tracks of ionizing particles are still observable, may be the smallest possible. The stability conditions of the chamber in varying the ion load are also discussed. The above criteria are applied to the particular case of a chamber operating with methyl alcohol in air at normal pressure.

Riassunto

I primi risultati della teoria da noi svolta sul funzionamento della camera a diffusione sono già stati pubblicati in un precedente lavoro. Il particolare problema allora risolto viene ora affrontato da un punto di vista più generale, per quel che riguarda la natura e la pressione del gas di riempimento e il carico ionico, ferme restando le caratteristiche geometriche della camera, le temperature imposte sul fondo e la sommità e la natura del vapore organico impiegato (alcool metilico). Si stabilisce una relazione che rappresenta il legame che deve intercorrere tra i parametri che caratterizzano una camera (natura e pressione del gas e carico ionico) affinchè l’altezza dello strato sensibile risulti invariata ed una seconda relazione che fornisce direttamente l’altezza dello strato sensibile in funzione dei detti parametri una volta che essa sia nota per un particolare insieme di essi. Questa relazione viene dettagliatamente discussa e calcolata numericamente per H₂, D₂, He, CO₂, A ed Aria per pressioni comprese tra 0.5 e 20 atm ed assumendo un carico ionico,n, (numero di ioni che si formano per cm³/s nell’interno della camera) variabile tra 2 e 100. Si mostra inoltre come sia possibile calcolare, in modo semplice e diretto, il gradiente di temperatura limitatamente alla zona della camera sensibile alle particelle ionizzanti, in funzione della sua altezza. I risultati del calcolo vengono messi a confronto con i risultati sperimentali. Anche il problema particolare considerato nel nostro precedente lavoro, in cui i vari parametri erano ritenuti funzione oltre che della quota misurata a partire dal fondo della camera anche di una coordinata orizzontale (caso bidimensionale), viene ora affrontato in modo più generale, ferma restando la geometria dello strumento, le temperature imposte sulla base e sulla sommità ed il vapore organico impiegato. Si immagina di imporre diverse distribuzioni di temperatura e di tensione di vapore sulle pareti della camera/ (o su setti di materiale introdotti verticalmente in essa) e si mostra come la geometria dello strato sensibile ne risulti alterata. Analogamente a quanto fatto nel caso unidimensionale si considerano gas di natura e pressione di riempimento diverse con carico ionico pure diverso. I vari casi considerati vengono discussi e si stabiliscono i criteri da seguire nella imposizione della distribuzione di temperatura dall’esterno e della distribuzione della tensione di vapore (trattamento delle pareti o dei setti) affinchè la distanza dalle pareti o dai setti, a cui sono ancora osservabili tracce di particelle ionizzanti risulti minima. Si stabiliscono inoltre i criteri da applicare al caso particolare di una camera funzionante con alcool metilico e riempita di aria alla pressione di 1 atmosfera affinchè, unitamente all’estensione della zona sensibile fino alle pareti, si realizzi la condizione di massima stabilità di funzionamento della camera al variare del carico ionico.