Nebelkammer - Physikalisches Projektpraktikum

1. Einleitung
Die Wilson’sche Nebelkammer, die nach ihrem Erfinder Charles Thomson Rees Wilson benannt
wurde, ist ein Gerät, das in der Frühzeit der Atom- und Kernphysik zur Sichtbarmachung der Bahnen
ionisierender Teilchen und damit zum Nachweis diente. Sie brachte zahlreiche Erkenntnisse über das
Verhalten von Elementarteilchen und über ihre Eigenschaften (Masse, Ladung, Spin).
Grob funktioniert die Nebelkammer folgendermaßen:
Ionisierende Teilchen dringen in eine mit einem übersättigten Gasgemisch gefüllte Kammer. Die
Teilchen ionisieren einzelne Gasmoleküle, die dann als „Kondensationskeime“ wirken. Dadurch, dass
der übersättigte Dampf an diesen kondensiert bilden sich Nebelspuren. Durch seitliche Beleuchtung,
kann man die Spur des Teilchens als Nebelstreifen erkennen.
Es gibt zweierlei Arten von Nebelkammern: die Expansionsnebelkammer und die
Diffusionsnebelkammer (siehe 4.2, 4.3). Sie unterscheiden sich im Wesentlichen durch die
unterschiedliche Herstellung des Dampfes.
In der modernen Forschung werden Nebelkammern nicht mehr eingesetzt, jedoch werden sie noch
gerne zu Demonstrationszwecken genutzt.
2. Geschichte der Nebelkammern
2.1 Erfinder der ersten Nebelkammer (Expansionsnebelkammer)
Charles Thomson Rees Wilson (s. Abbildung 1) wurde am 14. Februar 1869 in Glencorse,
Schottland, als jüngstes von 8 Kindern eines schottischen Schafzüchters geboren. Vier Jahre später
kamen seine Eltern ums Leben. Er begann mit 15 Jahren in Manchester Medizin zu studieren,
wechselte dann aber das Fach und studierte Naturwissenschaften. 1888 erhielt er ein Stipendium für
ein Studium der Mathematik und Physik in Oxford, das er vier Jahre später erfolgreich abschließen
konnte.
Schon in seiner Jugend interessierte er sich für Wetterphänomene. Insbesondere faszinierte ihn die
Entstehung von Wolken. Dieses Interesse veranlasste ihn 1895 eine Kammer zu bauen, in dem er
Wolken erzeugen wollte und somit den Mechanismus, wie sich viele kleine Wassertröpfchen zu
Wolken bilden, zu verstehen. Unter bestimmten Voraussetzungen ließen sich in der Kammer kleine
Wassertröpfchen erzeugen, durch die sich im Inneren der Kammer Nebel bildete (→ spätere
Benennung der Kammer: Nebelkammer (engl.: cloud chamber)).
Während er seine Versuche durchführte, stieß er immer wieder auf, für ihn zunächst noch
unerklärbare Nebelspuren. Erst einige Jahre später fand er die Ursache für die Nebelspuren heraus.
Die durch die Strahlung ionisierten Gasionen waren die Ursache für die Nebelspuren, oder anders
ausgedrückt, nach einiger Zeit gab es für Wilson keinen Zweifel mehr, dass er eine Möglichkeit
gefunden hatte, Gasionen als Kondensationskeime sichtbar zu machen. Diese konnte man durch
Magnetfelder ablenken, die Bahnen fotografisch festhalten und somit die Ladungen und Massen der
Ionen bestimmen. 1911 gelang es ihm schließlich, nach einigen Verbesserungen, die erste
funktionstüchtige Nebelkammer zu bauen und nahm als erster Mensch fotografisch die
Teilchenbahnen von Elektronen und α-Teilchen auf.
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