Nebelkammer - Physikalisches Projektpraktikum

Da die Teilchen der ionisierenden Strahlung geladen sind (natürlich mit Ausnahme der γ-Strahlung),
wirkt in einem Magnetfeld auf sie die Lorentz-Kraft (q Ladung des Teilchens, v Geschwindigkeit, B
Magnetischer Feldvektor):
F L
= qv × B
Durch diese Kraftwirkung werden die Teilchen auf eine Kreisbahn gezwungen. Um den Radius der
Kreisbahn zu bestimmen, setzen wir die Lorentz-Kraft (1) gleich der Zentripetal-Kraft, die durch die
Kreisbewegung auf das Teilchen wirkt (m Masse des Teilchens, r Radius der Kreisbahn):
(1)
F
L
= F
Z
mv
qvB =
r
⇒ r =
2
mv
qB
(2)
Um nun die Geschwindigkeit des Teilchens aus seiner Energie abzuschätzen verwenden wir den
relativistischen Ansatz für die kinetische Energie, da die Teilchenenergie sehr hoch werden kann:
E
kin
⎛
⎞
⎜
1
⎟
⎛
2 4
2
2
m0
c
( 1) m0c
1 m0c
v 1
c
2
2 2
1 v
( E m0c
) ⎟ ⎟ ⎞
= γ − = ⎜ − ⎟ ⇒ = ⎜ −
⎜
⎟
⎜
− 2
⎝ kin
+ ⎠
⎝ c ⎠
2
(3)
Somit ergibt sich also für den Bahnradius:
r =
2
( E + m c )
kin
m
0
c
0
4
2
⎛
⎜1
−
⎜
⎝
qB
m
2
0
c
4
2
( E + m c )
kin
0
2
⎞
⎟c
⎟
⎠
2
(4)
Leider stellte sich heraus, dass mit dem verfügbaren Helmholtz-Spulenpaar bei einem Strom von ca.
10 Ampère nur ein Magnetfeld von 3,5 mT zu erzeugen war.
Für ein α-Teilchen ergibt sich unter Verwendung der Formel (4) bei einer Energie von 0,5 MeV
r ≈ 14, 6m , für ein β-Teilchen bei 0,5 MeV immerhin r ≈ 1, 64m
. Wir erachteten es als unrealistisch bei
Teilchen, die mit einer unbekannten Flugrichtung in das Magnetfeld eintreten Bahnradien von dieser
Größenordnung zu messen, bzw. überhaupt eine Abweichung festzustellen. Auch waren die Spuren
schon von sich aus zum größten Teil sehr gekrümmt, so dass wir die Idee die Art der Strahlung
mittels eines Magnetfelds zu bestimmen wieder verwerfen mussten.
Ein kurzer Test, ob evtl. mit Hilfe eines Plattenkondensators ein ausreichend großes elektrisches Feld
aufgebaut werden könnte, um so die Unterschiede in der Stärke der Ladung zwischen α- und β-
Teilchen zu bestimmen, bzw. etwaig auftretende β-plus-Strahlung nachzuweisen scheiterte leider an
den uns zu Verfügung stehenden Spannungsquellen so dass wir keinerlei Effekt des Kondensators
auf die Teilchen in der Kammer nachweisen konnten. Außerdem gehen wir davon aus, dass auch mit
einer genügend hohen Spannung (und somit einem genügend großen E-Feld) auf Grund der schon
angesprochenen immer vorhandenen Bahnkrümmungen keine gut beobachtbaren Effekte zu erzielen
gewesen wären.
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