Hur man gör en molnkammare

Även om du inte kan se det, är bakgrundsstrålning runt omkring oss. Naturliga (och ofarliga) strålningskällor inkluderar kosmiska strålar, radioaktivt förfall från element i stenar och till och med radioaktivt förfall från element i levande organismer. En molnkammare är en enkel enhet som gör att vi kan se passera joniserande strålning. Med andra ord tillåter det indirekt observation av strålning. Enheten är också känd som en Wilson molnkammare, för att hedra sin uppfinnare, skotska fysiker Charles Thomson Rees Wilson. Upptäckter gjorda med hjälp av en molnkammare och en besläktad anordning som kallas en bubbelkammare ledde till upptäckten av positron 1932, upptäckten av muon 1936 och upptäckten av kaon 1947.

Hur fungerar en molnkammare

Det finns olika typer av molnkamrar. Molnkammaren för diffusionstyp är den enklaste att konstruera. I grunden består enheten av en förseglad behållare som görs varm på toppen och kall på botten. Molnet inuti behållaren är gjord av alkoholånga (t.ex. metanol, isopropylalkohol). Den varma övre delen av kammaren förångar alkoholen. Ångan svalnar när den faller och kondenserar på den kalla botten. Volymen mellan topp och botten är ett moln av övermättad ånga. När en energisk laddad partikel (strålningen) passerar genom ångan lämnar den ett joniseringsspår. Alkohol- och vattenmolekylerna i ångan är polära, så de lockas till joniserade partiklar. Eftersom ångan är övermättad, när molekylerna rör sig närmare, kondenseras de till dimmiga droppar som faller mot behållarens botten. Spårets väg kan spåras tillbaka till strålningskällans ursprung.

Skapa en hemlagad molnkammare

Endast några enkla material behövs för att konstruera en molnkammare:

• Klar glas eller plastbehållare med lock
• 99% isopropylalkohol
• Torris
• Isolerad behållare (t.ex. en skumkylare)
• Absorberande material
• Svart papper
• Mycket ljus ficklampa
• Liten skål med varmt vatten

En bra behållare kan vara en stor tom jordnötssmörburk. Isopropylalkohol finns på de flesta apotek som gnuggar alkohol. Se till att det är 99% alkohol. Metanol fungerar också för detta projekt, men det är mycket mer giftigt. Det absorberande materialet kan vara en svamp eller filtbit. En LED-ficklampa fungerar bra för detta projekt, men du kan också använda ficklampan på din smartphone. Du vill också att din telefon är praktisk att ta bilder av spåren i molnkammaren.

1. Börja med att fylla en bit svamp i botten av burken. Du vill ha en passform så att den inte kommer att falla när burken inverteras senare. Om det behövs kan lite lera eller gummi hjälpa till att hålla svampen i burken. Undvik tejp eller lim, eftersom alkoholen kan lösa upp den.
2. Skär det svarta papperet för att täcka lockets insida. Svart papper eliminerar reflektion och är något absorberande. Om papperet inte förblir på plats när locket är tätat ska du fästa det på locket med lera eller gummi. Ställ det pappersfodrade locket åt sidan för nu.
3. Häll isopropylalkohol i burken så att svampen är helt mättad, men det finns inte överskott av vätska. Det enklaste sättet att göra detta är att tillsätta alkohol tills det är vätska och sedan hälla ut överskottet.
4. Förslut locket på burken.
5. Häll torr is i ett kylare i ett rum som kan göras helt mörkt (t.ex. en garderob eller badrum utan fönster). Vänd burken upp och ner och lägg den nedåt på torrisen. Ge burken cirka 10 minuter att kyla.
6. Ställ en liten skål med varmt vatten ovanpå molnkammaren (på botten av burken). Det varma vattnet värmer upp alkoholen och bildar ett ångmoln.
7. Slutligen stänga av alla lamporna. Lysa en ficklampa genom sidan av molnkammaren. Du ser synliga spår i molnet när joniserande strålning kommer in och lämnar burken.

Säkerhetshänsyn

• Även om isopropylalkohol är säkrare än metanol, är det fortfarande giftigt om du dricker det och det är mycket brandfarligt. Håll den borta från en värmekälla eller öppen eld.
• Torris är tillräckligt kallt för att orsaka frostskador vid kontakt. Det ska hanteras med handskar. Förvara inte torris i en förseglad behållare, eftersom tryckuppbyggnad när de fasta sublimerar till gas kan orsaka en explosion.

Saker att prova

• Om du har en radioaktiv källa, placera den nära molnkammaren och se effekten av den ökade strålningen. Vissa vardagsmaterial är radioaktiva, som brasilanötter, bananer, lerkattkull och vaselinglas.
• En molnkammare erbjuder en utmärkt möjlighet att testa metoder för att skydda mot strålning. Placera olika material mellan din radioaktiva källa och molnkammaren. Exempel kan inkludera en baggie med vatten, ett papper, din hand och ett plåt. Vilket är bäst att skydda mot strålning?
• Försök att applicera ett magnetfält på molnkammaren. Positiva och negativa laddade partiklar kommer att krökas i motsatta riktningar som svar på fältet.

Cloud Chamber Versus Bubble Chamber

En bubbelkammare är en annan typ av strålningsdetektor baserad på samma princip som molnkammaren. Skillnaden är att bubbelkamrar använde överhettad vätska snarare än övermättad ånga. En bubbelkammare tillverkas genom att fylla en cylinder med en vätska precis ovanför kokpunkten. Den vanligaste vätskan är flytande väte. Vanligtvis appliceras ett magnetfält på kammaren så att joniserande strålning rör sig i en spiralbana enligt dess hastighet och laddning-till-massförhållande. Bubbelkamrar kan vara större än molnkamrar och kan användas för att spåra mer energiska partiklar.