霧箱

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アンダーソンが撮影した陽電子の軌跡

霧箱（きりばこ）は、過飽和状態の気体中を荷電粒子が通過する時に生成する霧粒によって、荷電粒子の飛跡を観測する装置。強い磁場の中で使用され、荷電粒子の飛跡の曲率から粒子の電荷の符号や粒子の運動量を知ることができる。

ウィルソンとボーテによるコンプトン散乱の反跳電子の観測（1923年）、アンダーソンによる陽電子の発見（1932年）やミュー粒子の発見（1936年）など、霧箱は素粒子物理学の発展に重要な貢献をしている。

[編集] 霧箱の分類とその特徴

過飽和状態を作るには、気体の断熱膨張を利用する方式と、温度勾配を利用する方式とがある。1912年にウィルソンが作成した霧箱は膨張方式であったために、ウィルソン霧箱という場合には膨張方式の霧箱を指す。これに対して、温度勾配を利用する方式は拡散霧箱という。

膨張霧箱

密封した容器中にアルコールとアルゴンなどの混合気体を封入して飽和状態に保っておき、荷電粒子の通過に同期してピストンなどにより容器の体積を瞬間的に断熱膨張させる。

この膨張霧箱の欠点は、荷電粒子の通過に同期して膨張を行わなければ飛跡を観測できないことである。そのために、宇宙線や自然放射線を観測しようとする時は極めて多くの写真を撮影しなければならず、かつ、その大部分には何も写っていないことになる。

拡散霧箱

膨張霧箱の欠点を解消して、粒子が通過すればいつでも飛跡が見えるようにした霧箱である。箱の上部に溝を作りアルコールなどの液体が入れておき、ヒーターで暖められて蒸発するようになっている。この状態で容器の下部をドライアイスなどで冷却すると容器の中には強い温度勾配ができる。蒸発したアルコールは下部に向かって拡散するが、温度勾配の大きい容器の中央付近では過飽和状態となるので、この領域を荷電粒子が通過すると飛跡が観測される。

拡散霧箱は連続観察には適しているが、有感度領域が限られていることや感度が一様でないなどの欠点もある。

拡散霧箱の実物は、国立科学博物館の新館地下三階にあり(2005/5現在)、常時観察が可能である。