વાદળ-કક્ષ (cloud chamber) : બાષ્પના અતિસંતૃપ્ત લક્ષણ પર આધારિત ઉપકરણ. 1894માં સ્કૉટલૅન્ડમાં Ben Nevis નામના સ્થળે આવેલ વેધશાળામાં જ્યારે સી.ટી.આર. વિલ્સન હંગામી ધોરણે કામ કરતા હતા, ત્યારે તેમણે પર્વત ઉપર ધુમ્મસને કારણે સર્જાતી ‘broken bow’ નામે ઓળખાતી પ્રકાશી ઘટના જોઈ, જેમાં પાછળથી આવતા સૂર્યપ્રકાશને કારણે અવલોકનકારનો પડછાયો ઘાટીમાં છવાયેલ ધુમ્મસ પર પડે ત્યારે તે પડછાયા ફરતું મેઘધનુષ્યરંગી વર્તુળ જોવા મળે છે. આ ઘટના જોયા બાદ તેમને પાણીનાં ટીપાં દ્વારા પ્રકાશના વિખેરણને કારણે સર્જાતી ઘટનાઓના અભ્યાસમાં રસ જાગ્યો, અને આ પ્રકારના અભ્યાસ માટે તેમણે 1911માં વાદળ-કક્ષની રચના કરી.
વાદળ-કક્ષ
કોઈ પ્રવાહીની અતિસંતૃપ્ત (super saturated) બાષ્પમાં વીજભારિત અણુઓ પર બાષ્પ, પ્રવાહીનાં ટીપાં સ્વરૂપે જામે છે, એ ઘટના પર આધાર રાખતા એક ઉપકરણની રચના 1911માં સી. ટી. આર. વિલ્સન (C. T. R. Wilson) નામના વૈજ્ઞાનિકે કરી. આ ઉપકરણ હવાના અણુઓમાં આયનીકરણ (ionization) સર્જતાં વિકિરણોના અભ્યાસ માટે ઘણું ઉપયોગી નીવડ્યું અને વિલ્સન વાદળ-કક્ષ (Wilson’s cloud chamber) તરીકે પ્રસિદ્ધ થયું. આ ઉપકરણ વિકસાવવા માટે વિલ્સનને નોબેલ પુરસ્કાર મળ્યો હતો. શક્તિશાળી બ્રહ્માંડ-વિકિરણોના સ્વરૂપના અભ્યાસ માટે આ ઉપકરણ ઘણું જ ઉપયોગી બન્યું છે. ઉપકરણની રચનાની રેખાકૃતિ દર્શાવેલ છે. એક કક્ષની અંદર યોગ્ય પ્રવાહી (સામાન્ય રીતે આલ્કોહૉલ) રાખીને કક્ષની અંદરના વાતાવરણમાં આ પ્રવાહીની સંતૃપ્ત બાષ્પ સર્જવામાં આવે છે. હવે જો આ કક્ષના કદનું સમોષ્મી (adiabalic) વિસ્તરણ કરવામાં આવે તો તે કક્ષમાં તાપમાન સહેજ નીચું જતાં બાષ્પ અતિસંતૃપ્ત (super saturated) બને. આ પ્રકારના વાતાવરણમાં બાષ્પને પ્રવાહી-સ્વરૂપ ધારણ કરવા માટે જેનાં પર પ્રવાહી-ટીપાં જામી શકે તે પ્રકારનાં યોગ્ય ઠારણ-કેન્દ્રો(condensation nuclei)ની જરૂર પડે છે અને જો કક્ષના વાતાવરણમાં વીજાણુઓ હોય તો તે વીજાણુઓ આ ગરજ સારે છે અને તેના પર પ્રવાહીનાં ટીપાં જામે છે. આમ, જ્યારે બાષ્પ પરમસંતૃપ્ત અવસ્થામાં હોય તે સમયે જો કક્ષમાં વીજાણુ સર્જતું વિકિરણ (ionizing radiation) પ્રવેશે તો તેના માર્ગમાં સર્જાયેલ વીજાણુઓ પર જામેલાં ટીપાં તેના માર્ગનો નિર્દેશ કરે. કક્ષને યોગ્ય રીતે પ્રકાશિત કરીને, પ્રવાહીનાં ટીપાં દ્વારા પ્રકાશના વિખેરણને કારણે કૅમેરા દ્વારા આ માર્ગ ફોટોગ્રાફ રૂપે નોંધી શકાય છે. ઉપરાંત, જો કક્ષને ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં રાખેલ હોય તો વિકિરણનો માર્ગ તેના વીજભાર અનુસાર વક્રતા ધારણ કરે (ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ગતિ કરતાં વીજાણુ પર ગતિની દિશા અને ચુંબકીય ક્ષેત્રને લંબ દિશામાં લૉરેન્ટ્ઝ (Lorentz) બળ લાગે છે.). વિકિરણના માર્ગની વક્રતાનો અભ્યાસ કરીને વિકિરણના વીજભાર અને દળને તારવી શકાય.
આવાં વાદળ-કક્ષ સેન્ટિમિટર જેવા કદથી માંડીને મીટર કરતાં પણ વધુ કદનાં હોઈ શકે. બ્રહ્માંડ-કિરણોના અભ્યાસ માટે વપરાતા વાદળ-કક્ષ ઘણા મોટા કદના હોય છે, કારણ કે તેમાં પ્રવેશતા બ્રહ્માંડ-કિરણની ઊર્જા માપવા માટે નિયમિત અંતરે રાખેલી નિશ્ચિત જાડાઈની ધાતુની તકતીઓ પણ રાખેલ હોય છે. કક્ષમાં પ્રવેશેલું બ્રહ્માંડ-કિરણ, આવી કેટલી તકતીઓને ભેદીને પસાર થાય છે, તેના આધારે તેની કુલ ઊર્જા તારવી શકાય છે. અત્યંત ઊર્જાશીલ બ્રહ્માંડ-વિકિરણ અબજ મિલિયન ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટ (દસ લાખ ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટ) કરતાં પણ વધુ ઊર્જા ધરાવી શકતું હોય છે. (પ્રકાશ-કિરણના કણ ફોટૉનની ઊર્જા આશરે 2 ઇલેક્ટ્રૉન વોલ્ટ જેટલી હોય છે.)
વિસ્તરણ બાદ, વાદળ-કક્ષની બાષ્પ ~ 1 સેકંડ જેવા સમય માટે જ અતિસંતૃપ્ત અવસ્થામાં રહી શકે છે અને આ સમય દરમિયાન જ જો વિકિરણ-કક્ષમાંથી પસાર થાય તો તે નોંધાઈ શકે. આમ તો તે જવલ્લે જ બને. આ કારણથી વિકિરણના આગમન દ્વારા જ કક્ષનું વિસ્તરણ કરાય તેવી રચના જરૂરી છે, અને આ માટે કક્ષનું વિસ્તરણ, એક ગાઇગર કાઉન્ટર (Geiger Counter) નામના ઉપકરણ દ્વારા નિયંત્રિત કરાય છે. કાઉન્ટરમાંથી પસાર થતું વિકિરણ કાઉન્ટરમાં વિદ્યુતપ્રવાહ સર્જે અને ત્યારબાદ કક્ષમાં દાખલ થાય. Counterનો વિદ્યુતપ્રવાહ એક યાંત્રિક રચના દ્વારા કક્ષનું વિસ્તરણ કરે છે. આ પ્રકારના કક્ષને કાઉન્ટર અંકુશિત (counter controlled) કક્ષ કહેવાય છે. કાઉન્ટર દ્વારા નિયંત્રિત વાદળ-કક્ષની રચના બ્લૅકેટ અને ઓકિયા લિનીએ 1933માં કરી હતી.
આ ઉપરાંત એક અન્ય પ્રકારનું વાદળ-કક્ષ વિસરણ વાદળ-કક્ષ (diffusion cloud chamber) પણ વિકિરણોના સામાન્ય અભ્યાસ માટે વપરાય છે. આ કક્ષમાં નીચેના સ્તરે થીજેલો કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ રાખેલ હોય છે. આ થીજેલ કાર્બન ડાયૉક્સાઇડના સ્તરની ઉપર થોડી ઊંચાઈએ હંમેશાં પરમ સંતૃપ્ત આલ્કોહૉલની બાષ્પ પ્રવર્તતી હોય છે; જેમાંથી પસાર થતું વિકિરણ નોંધી શકાય. આ પ્રકારના કક્ષમાં કોઈ નિયંત્રણ નથી હોતું.
વાદળ-કક્ષની શોધ પછી 1952માં ડૉનાલ્ડ ગ્લેઝર (Donald Glazer) નામના વૈજ્ઞાનિકે પરપોટા-કક્ષ(bubble chamber)નું સર્જન કર્યું, જે ઉપકરણ પણ વિકિરણોના અભ્યાસ માટે ઘણું ઉપયોગી નીવડ્યું છે. આ ઉપકરણમાં અતિશુદ્ધ પ્રવાહી હાઇડ્રોજન તેના ઉત્કલનબિંદુથી સહેજ ઊંચા તાપમાને રાખેલ હોય છે અને જ્યારે વિકિરણ આ પ્રવાહીમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે તેના માર્ગમાં હાઇડ્રોજનના ઉત્કલનને કારણે પરપોટાઓની શ્રેણી સર્જાય છે. આને પણ પ્રકાશના વિખેરણ દ્વારા શ્ય રૂપે નોંધી શકાય છે.
વાદળ-કક્ષની અંદર જ્યારે બ્રહ્માંડ-કિરણનો ઊર્જાશીલ કણ કોઈ પરમાણુની નાભિ સાથે ભટકાય ત્યારે અનેક પ્રકારની નાભિકીય પ્રક્રિયાઓ થાય અને અન્ય વિકિરણોનું ઉત્સર્જન થાય. આ પ્રકારની સમગ્ર ઘટના વાદળ-કક્ષમાં નોંધાય છે, અને આમ વાદળ-કક્ષ અત્યંત ઊર્જાશીલ કણોના, પદાર્થના નાભિ સાથેના સંસર્ગને કારણે સર્જાતી નાભિકીય ઘટનાઓના અભ્યાસમાં પણ ઘણું ઉપયોગી થાય છે.
જ્યોતીન્દ્ર ન. દેસાઈ