Nebelkammer - Physikalisches Projektpraktikum

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Abbildung 10: Schematischer Aufbau der Kammer aus Abb.9 [14] 4.3 Diffusionsnebelkammer In der Diffusionsnebelkammer wird der Hauptnachteil, d.h. die kurze Beobachtungszeit, der Expansionsnebelkammer umgangen, indem die übersättigte Schicht ständig aufrechterhalten wird. Um dies zu erreichen wird ein vertikaler Temperaturgradient über die Kammer angelegt. Abbildung 11: Prinzip einer Diffusionsnebelkammer Seite 13 von 23
Im oberen Bereich der Kammer befindet sich das Reservoir für das dampferzeugende Medium welches dort in der Flüssigkeitsphase vorliegt. Durch Erwärmung von oben wird erreicht, dass das Medium verdampft (oder zumindest schneller verdunstet). Da die Kammer von unten gekühlt wird, diffundiert der entstandene Dampf nach unten und wird auf dem Weg unter seinen Taupunkt abgekühlt, es entsteht also eine übersättigte Schicht im unteren Bereich der Kammer. Realistische Temperaturen für die Erwärmung sind +40 °C und für die Abkühlung der Bodenplatte -10 °C. Die Erwärmung wird meist durch Stromfluss in Drähten oder Widerständen erreicht, die Abkühlung in den einfacheren Nebelkammern über Trockeneis, in den größeren z.B. über Peltierelemente mit Wasserkühlung oder über Kompressorkühlungen. Ein weiteres in einer Diffusionsnebelkammer benötigtes Element ist eine Ionen-„Absaugung“. Da in dieser Art Nebelkammer Beobachtungen über längere Zeit realisiert werden sollen, wäre es kontraproduktiv, wenn die Nebelspuren (d.h. die Kondensationskeime) ständig im sensitiven Bereich verbleiben würden und die Kammer somit nach einiger Zeit komplett mit Nebel „gefüllt“ wäre. Realisiert wird diese Absaugung über Hochspannungsdrähte, die die geladenen Teilchen aus der sensitiven Zone durch Abstoßung bzw. Anziehung entfernen und somit die Kammer frei für neue Nebelspuren machen. In kleineren Kammern können die Hochspannungsdrähte auch durch elektrostatische Aufladung des Gehäuses ersetzt werden. In einigen Nebelkammern wird tatsächlich ein weitgehend autonomer Betrieb über längere Zeiträume (Tage, Wochen) erreicht, indem eine Kompressor- oder Peltierkühlung mit einem Pumpensystem kombiniert wird, welches das am Boden kondensierte Medium wieder zurück in das Reservoir im oberen Bereich leitet. Vorzugsweise werden für Diffusionsnebelkammern dampferzeugende Medien mit geringer Siede- und Schmelztemperatur verwendet um zum einen die Dampferzeugung zu erleichtern und zum anderen zu vermeiden, dass das Medium an der Bodenplatte gefriert. Ein solcher Stoff, der sich auch in zahlreichen kommerziellen Kammern bewährt hat ist Isopropanol. (Siedepunkt: 82,4 °C, Schmelzpunkt: -88,5 °C). 5. Selbstbau einer Diffusionsnebelkammer Unser Ziel war es, eine einfache, kostengünstige Diffusionsnebelkammer aufzubauen, die sich darauf beschränkt, das grundlegende Prinzip dieses Typs einer Nebelkammer ohne großen technischen Aufwand (wie Kompressorkühlungen, Rückpumpsysteme, etc.) zu realisieren und somit ionisierende Strahlung sichtbar zu machen. 5.1 Evolution Für unseren allerersten Bau verwendeten wir eine handelsübliche, durchsichtige Plastikbox, sowie ein auf die passenden Maße geschnittenes Stück Bastelfilz als Medienreservoir. Zusätzlich benutzten wir eine dünne, mit einem schwarzen Stück Plastik beklebte Metallplatte als Boden und Isopropanol als Medium. Aus Mangel einer geeigneteren Lichtquelle für die Beleuchtung verwendeten wir ein auf hohe Frequenz eingestelltes Stroboskop aus dem PP Lagerräumen. Die Plastikbox wurde am Boden mit dem Bastelfilz beklebt und dieser mit dem Isopropanol getränkt. Anschließend wurde die Box umgedreht und auf den Metallboden gesetzt. Seite 14 von 23
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