撞擊靶、觀測筒與重氫儲存及回收設備
(Target, Observation room and Heavy hydrogen container)
撞擊靶位於圖中紅銅色的金屬管下緣,質子經過加速後在撞擊靶底端撞擊鋰靶(氧化鋰),產生alpha粒子。
重氫儲存及回收設備是位於撞擊靶旁邊的玻璃球,當時除了以質子撞擊氧化鋰產生α粒子以外,也會以重氫產生重氫原子核(也就是氘原子
核)來撞擊重水產生中子。
在重氫儲存及回收設備內儲存重水,以液態氮降低溫度使撞擊靶底部的重水結成冰,然後以重氫原子核撞擊重水薄冰產生中子,同時可藉由活門在不破壞加速管真空的情況下完成重水的回收與補充。此設備又稱為中子源。

觀測筒用於觀測用於撞擊之粒子軌跡是否正確。上下有不銹鋼板固定,觀測室內有耐高溫石英板把手,用於觀察粒子束是否聚焦。

用於觀測撞擊產生的粒子的設施經過多次演變,從只能判別是否有粒子產生的ZnS閃爍粉,到可以估計帶電粒子能量與方向的雲霧室,最後是比雲霧室更便宜又可以長期保留粒子軌跡的原子核照相乳膠,不斷的發展進步以提升實驗室觀測粒子的能力。
1. ZnS閃爍粉(1947~)
最早是靶壁的玻璃窗塗上一層ZnS閃爍粉,反應所產生的α粒子打到ZnS時就可以看到閃光,如圖一所示。
2. 威爾遜雲霧室(1950~)
由於ZnS螢幕這個裝置只能觀察到反應過程,卻沒辦法做出更進一步的量化處理,因此許雲基教授就著手自製Wilson雲霧室來改進實驗。雲霧室是由威爾遜(C. T. R. Wilson,英,1869-1959)發明,在雲霧室中裝有水蒸氣或酒精蒸氣,移動膨脹調節閥使得溫度下降後,蒸氣達到飽和狀態,當高能的 粒子入射後會游離氣體分子,這些離子在雲霧室中變成了可以讓水滴凝結在其周圍的「晶核」,因此可藉由水氣軌跡來記錄帶電粒子行進的方向,用以觀察帶電粒子的行進軌跡,威爾遜並因此榮獲1927年諾貝爾物理獎。
裝有Wilson雲霧室的儀器示意如圖二所示。機體主要由一圓柱型空腔及其下的活塞構成,空腔內有水蒸氣,利用手搖輪桿帶動活塞,瞬間使空腔的體積膨脹,空腔內溫度突降,水蒸氣接近飽和。此時若有帶電粒子進入空腔,沿路游離空氣分子,水蒸氣即在離子上凝結成小水滴,形成我們所看到的雲霧狀軌跡。
這兩張照片攝於1965年,許雲基教授等人曾據此發表論文。當時為了有效紀錄200kV Cockcroft-Walton加速器產生的14.1 MeV α粒子在雲霧室裡留下的粒子軌跡,因此臺大團隊特別設計在雲霧室上方架設兩部照相機進行同步拍攝,這兩張照片就是當時同一瞬間拍攝下來的實驗紀錄,然後使用同
一光學系統再投射該照片,及可得粒子軌跡在空間中的立體影像。其中一條軌跡,由安置在雲霧室壁的射源釙210Po的α粒子所留下,以其長度作為比對粒子能量之依據。

3. 原子核照相乳膠(1957~)
許雲基教授於1950年代成功產生中子源以後,就開始進行加速器的第一次大改造。先將加速器下方的水泥觀察室打掉,用鐵架將加速管抬高,利用電磁鐵使特定能量的帶電粒子的行進路線轉成水平方向。轉向的粒子撞擊標靶後,改以照相底片(Nuclear Emusion)當偵測工具,於真空室中測量反應角的分布。

與Wilson雲霧室相比,原子核照相乳膠的優點有:
(1) 造價較為便宜。
(2) 對粒子軌跡的記錄是持續有效的。
(3) 粒子行進的軌跡可直接在底片上觀察。

此時期的儀器示意圖如圖三所示。

到了現在,測量帶電粒子的方式經過不斷的改進變的更為精確,其中一種方法為對帶電粒子施加磁場,觀察磁場多大時可以讓粒子轉向,再利用洛侖茲力公式F=Bqv算出粒子動量。