Πώς κατασκευάζουμε έναν ανιχνευτή σωματιδίων μέσα σε 10 λεπτά

… χρησιμοποιώντας υλικά που (μάλλον) βρίσκονται ήδη στο σπίτι μας

Πρόκειται για την κατασκευή ενός θαλάμου νεφών (cloud chamber).
Η λειτουργία του βασίζεται στο γεγονός ότι όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο (π.χ
. σωματίδιο άλφα ή ηλεκτρόνιο) διέρχεται μέσα από αυτόν δημιουργεί ιονισμό των μορίων του νέφους, τα ιόντα δημιουργούν συγκέντρωση σταγονιδίων κατά μήκος της τροχιάς του σωματιδίου, με αποτέλεσμα η τροχιά του να γίνεται ορατή.
Η απότομη ψύξη του θαλάμου διευκολύνει την δημιουργία σταγονιδίων των κορεσμένων ατμών (π.χ. αλκοόλης), τα ίχνη των οποίων μας αποκαλύπτουν την τροχιά του φορτισμένου σωματιδίου.

Υπάρχουν πολλές ιστοσελίδες και βίντεο στο YouTube που δίνουν οδηγίες για την κατασκευή ενός τέτοιου ανιχνευτή αλλά όλες απαιτούν κάποιο στοιχείο που είναι δύσκολο να βρεθεί, όπως ξηρός πάγος ή τροφοδοτικό υψηλής τάσης. (βλέπε π.χ ΕΔΩ  ή ΕΔΩ )

Όμως ο George Musser σε άρθρο του στο Scientific American μας δείχνει την κατασκευή του ανιχνευτή χρησιμοποιώντας τα παρακάτω υλικά που μπορούμε πολύ εύκολα να βρούμε:
σφουγγάρι, οινόπνευμα (92% σε αιθυλική ή ισοπροπυλική αλκοόλη), διαφανές πλαστικό κύπελλο, σελοτέϊπ, μαύρο χαρτόνι, αλουμινένια φορμάκια ή δίσκους ή σκέτο αλουμινόχαρτο, κόλλα σε μορφή πλαστελίνης (blu-tack), air duster (το σπρέι καθαρισμού με πεπιεσμένο αέρα που χρησιμοποιούμε για να διώξουμε τη σκόνη από τα πληκτρολόγια των υπολογιστών) και έναν φακό.

Όλα όσα χρειαζόμαστε περιέχονται στην παρακάτω φωτογραφία
Η καινοτομία στην κατασκευή του George Musser είναι το σπρέϊ αέρα.
Το διφθοροαιθάνιο που απελευθερώνεται είναι αρκετά ψυχρό – τόσο ώστε να πραγματοποιηθεί η απότομη ψύξη του θαλάμου για να συμπυκνωθεί η αλκοόλη και να συγκεντρωθούν σταγονίδια κατά μήκος της τροχιάς του φορτισμένου σωματιδίου. Έτσι αποφεύγουμε την χρήση ξηρού πάγου που είναι δύσκολο να βρεθεί.

Τώρα το πλαστικό διαφανές κύπελλο θα παίξει τον ρόλο του θαλάμου. Κόβουμε ένα κομμάτι από το σφουγγάρι και αφού το βάλουμε να απορροφήσει οινόπνευμα, το σφηνώνουμε στο κάτω μέρος του ποτηριού.
Κόβουμε έναν κυκλικό κομμάτι του μαύρου χαρτονιού και το τοποθετούμε έτσι ώστε να εφαρμόσει στο χείλος του ποτηριού. Αυτό θα δημιουργήσει ένα σκοτεινό υπόβαθρο που θα μας βοηθήσει στο να δούμε τις τροχιές των σωματιδίων.
Χρησιμοποιούμε το αλουμινόχαρτο με την κόλλα σε μορφή πλαστελίνης για να σφραγίσουμε το κύπελλο και τοποθετούμε τον «θάλαμο» όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα
Κρατώντας το «κύπελλο – θάλαμο» με το χέρι μας, το σφουγγάρι θερμαίνεται αυξάνοντας την εξάτμιση της αλκοόλης.
Φωτίζοντας με τον φακό μέσα στον θάλαμο, αν μέσα από αυτόν διέλθει ένα φορτισμένο σωματίδιο, τότε θα μπορέσουμε θα διακρίνουμε την τροχιά του, για τους λόγους που περιγράψαμε παραπάνω.
Για να λειτουργήσει ο ανιχνευτής πρέπει να σβήσουν τα φώτα του δωματίου, να ψεκάζουμε με αέρα το αλουμινόχαρτο για μερικά δευτερόλεπτα και να επαναλαμβάνουμε κάθε 10 δευτερόλεπτα για να το κρατάμε ψυχρό, έτσι ώστε μέσα στο κύπελλο να σχηματίζεται ένα νέφος σταγονιδίων αλκοόλης.
Όμως που θα βρεθούν τα φορτισμένα σωματίδια να διασχίσουν τον θάλαμο για να  δούμε τα ίχνη των τροχιών τους;
Από την κοσμική ακτινοβολίαΜπορούμε να βλέπουμε μια κοσμική ακτίνα κάθε 20 δευτερόλεπτα περίπου (αν όχι … καλό είναι αν αλλάζουμε τη γωνία φωτισμού).

Ο George Musser για να έχει εντυπωσιακότερα αποτελέσματα τοποθέτησε μια ραδιενεργό πηγή μέσα στον «θάλαμό» του. Που την βρήκε; Αγόρασε ένα μικρό κομμάτι ορυκτού ουρανίου μέσω διαδικτύου από ΕΔΩ (ναι, μπορεί κανείς να αγοράσει και ουράνιο μέσω διαδικτύου :))



Κατηγορίες:ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ, ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ

Ετικέτες:

3 replies

  1. Μπορεί κανείς επίσης να βρεί «πηγές» ανοίγοντας έναν ανιχνευτή καπνού-φωτιάς, που μπορεί να προμηθευτεί από μία εταιρεία συστημάτων συναγερμού. Περιέχει ραδιενεργό Αμερίκιο-241, που εκπέμπει ακτινοβολία α, σχεδόν ακίινδυνη, εάν την χειριστεί κανείς με προσοχή. (Μακριά λαβίδα πάνω από 15 εκατοστά κ.λ.π. γνωστά μέσα).

    • Καλό!..
      Αλλά πριν αρχίσουμε να χαλάμε τους ανιχνευτές καπνού-φωτιάς να επαναλάβω ότι ο χειρισμός ραδιενεργών πηγών είναι πάρα πολύ επικίνδυνος.

      Πως όμως λειτουργεί ένας τέτοιος ανιχνευτής καπνού;
      «…Ο ανιχνευτής ιονισμού καπνού χρησιμοποιεί ένα θάλαμο του οποίου οι δύο απέναντι πλευρές είναι ηλεκτρόδια συνδεδεμένα στον θετικό και τον αρνητικό πόλο του κυκλώματος του. Μια μικρή ποσότητα ραδιενεργού υλικού Αμερίκιου (Am-241), ιονίζει τον αέρα μέσα στο θάλαμο, παράγοντας αρνητικά και θετικά ιόντα. Εξ αιτίας αυτών των ιόντων ένα ρεύμα διαρρέει τον αέρα του θαλάμου ανάμεσα στο θετικό και το αρνητικό ηλεκτρόδιο. Όταν στο θάλαμο εισέλθουν σωματίδια καπνού, ο αριθμός των ιόντων μειώνεται και αντίστοιχα μειώνεται και το ρεύμα που τον διαρρέει.
      Οι σημερινοί ανιχνευτές ιονισμού καπνού χρησιμοποιούν δύο θαλάμους. Ο ένας είναι κλειστός (δεν επιτρέπει την είσοδο αέρα από το περιβάλλον) και ο δεύτερος ανοιχτός. Η ανίχνευση του καπνού γίνεται με τη σύγκριση των ρευμάτων που διαρρέουν τους δύο θαλάμους.
      Η ανίχνευση καπνού με τη μέθοδο του ιονισμού είναι η πρώτη που χρησιμοποιήθηκε. Έχει όμως το βασικό μειονέκτημα της εκπομπής ραδιενέργειας, η οποία αν και είναι μικρή δεν παύει να είναι υπολογίσιμη, ειδικά σε συστήματα πυρανίχνευσης που χρησιμοποιούν πολλούς ανιχνευτές.
      Τα τελευταία χρόνια υπάρχουν κράτη, όπως η Ιταλία, που απαγορεύουν τη χρήση ανιχνευτών ιονισμού. Κάποια άλλα, μέσα σε αυτά και η Ελλάδα, θέτουν αυστηρότατους περιορισμούς στη χρήση τους, υποχρεώνοντας τους κατασκευαστές, εισαγωγείς και εγκαταστάτες να συγκεντρώνουν τους ανιχνευτές μετά την λήξη του ορίου ζωής τους (συνήθως 10 με 12 χρόνια) και να τους αποστέλλουν σε χώρες όπου μπορεί να αφαιρεθεί το επικίνδυνο πλέον ραδιενεργό υλικό τους.
      Οι πιο πάνω λόγοι κάνουν όλο και περισσότερους χρήστες και εγκαταστάτες να αποφεύγουν τη χρησιμοποίηση τέτοιων ανιχνευτών και να τους αντικαθιστούν από ανιχνευτές ορατού καπνού…»

  2. Το πείραμα το έχω κάνει με ξηρό πάγο και είναι εντυπωσιακό. Αξίζει τον κόπο. Θα δοκιμάσω και αυτή την μέθοδο. Να είσαι καλά.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για την εξάλειψη των ανεπιθύμητων σχολίων. Μάθετε πως επεξεργάζονται τα δεδομένα των σχολίων σας.

Αρέσει σε %d bloggers: