- Принцип роботи хмарної камери
- Як зробити камеру Вільсона своїми руками
- Пристрій інструментарію досліджень будинки
- Технологічний процес з камерою
- Про безпеку технологічного процесу
- Практичні заняття з камерою Вільсона
- Хмарна і бульбашкова камери
Завжди невидимою залишається фонова радіація, незмінно присутня в атмосфері. Природні джерела випромінювання включають космічні промені, радіоактивний розпад елементів гірських порід або навіть радіоактивний розпад елементів живих організмів. Інструмент - хмарна камера Вільсона це відносно нескладний пристрій, завдяки якому є можливість спостерігати і фіксувати проходження іонізуючого випромінювання. По суті, пристрій допускає непряме спостереження за випромінюванням радіації в межах навколишнього середовища. Свою назву хмарної камери Вільсона конструкція отримала в честь її винахідника - шотландського фізика Чарльза Томсона Риза Вільсона.
вміст публікації
Принцип роботи хмарної камери
Дослідження початку 20 століття, проведені за участю хмарної камери Вільсона, завершилися відкриттям елементарних частинок:
- позитрона
- нейтрона
- мюона
- Каона (К-мезона)
Існують різні види хмарних камер. Прилад дифузійного типу в домашніх умовах виготовити простіше, ніж інші види. Конструкція дифузійного типу містить герметичний контейнер, верхня область якого нагрівається, а нижня охолоджується.
Прилад Вільсона в оригінальному конструктивному виконанні. Зовсім нескладна конструкція, але скільки дивовижних відкриттів відбулося завдяки цьому апарату
Хмара всередині контейнера формується з спиртового пара (метанолу, ізопропілового спирту і т.п.). Нагріта верхня область камери створює умови для випаровування спирту.
Пара, що утворилася охолоджується, опускається вниз і конденсується, опинившись в холодній донної області контейнера.
Обсяг простору між вершиною і дном контейнера заповнений хмарою пересичені пара. Коли енергетична заряджена частинка (випромінювання) проходить крізь пар, ця частка неминуче залишає іонізаційний слід.
Молекули спирту і води мають властивості полярних елементів, тому притягуються до іонізованним часткам.
Коли в області пересичені пара молекули спирту і води зближуються з іонами, утворюється крапельний конденсат. Шлях проходження конденсату залишається видимим до джерела випромінювання.
Як зробити камеру Вільсона своїми руками
Виготовлення хмарної саморобної камери вимагає наявності наступних матеріалів і аксесуарів:
- Прозорий скляний (пластиковий) контейнер з кришкою.
- Ізопропіловий спирт (медичний 99% спирт).
- Сухий лід і піддон для льоду.
- Абсорбуючий матеріал.
- Важкий чорного кольору.
- Ліхтар з високою яскравістю світіння.
- Грілка медична малорозмірна.
Вдалим контейнером цілком може виступити звичайна порожня скляна баночка. Ізопропіловий спирт доступний з асортименту більшості аптек у вигляді аналога - медичного спирту.
Схема приладу Вільсона: 1 - циліндричний контейнер; 2 - водяний лоток; 3 - латунний плунжер; 4 - лабораторний затиск; 5 - від калібратора; 6 - від насоса; 7 - дерев'яний блок; 8 - рухлива база; 9-джерело живлення; 10 - сферичний вакуумний контейнер
Головне, щоб медичний спирт був не менше 99% щільності. Метанол також може застосовуватися для домашнього проекту, але слід мати на увазі - це речовина має високий рівень токсичності.
Абсорбуючий матеріал вдало замінює губка або шматочок повсті. Як підсвічування підійде світлодіодний ліхтарик.
Не виключається навіть використання функції ліхтаря смартфона . До речі, телефонна камера стане в нагоді для фотографування слідів присутності радіації.
Пристрій інструментарію досліджень будинки
Починають процес складання устаткування з шматка губки, який закладають в нижню частину банки. Рекомендується обережно підігнати матеріал за розміром діаметра банки, щоб губка впиралася в стінки і не випадала, якщо банку перевернути.
Гарантоване кріплення губки або повсті забезпечить додавання невеликої кількості пластиліну або смоли на дно банки. Не слід використовувати клейку стрічку або клей, тому як пари спирту легко розчиняють подібні матеріали.
Пристрій саморобки: 1 - темне приміщення; 2 - скляний контейнер; 3 - медична грілка; 4 - сухий лід; 5 - промінь світла ліхтарика; 6 - піддон для сухого льоду; 7 - губчастий матеріал; 8 - пари спирту
Наступним кроком потрібно вирізати з цупкого паперу чорного кольору коло, аналогічний формі кола внутрішньої області кришки, якої закривається банку. Вирізаним паперовим колом необхідно закрити внутрішню частину кришки.
Паперова вставка потрібна для того, щоб виключити ефект відображення. До того ж папір теж в деякій мірі працює як абсорбер.
Для гарантованого кріплення паперову вставку теж розумно прикріпити за допомогою пластиліну або смоли. Модернізовану таким чином кришку можна надягати на горловину банки.
Однак спочатку варто залити в контейнер (Банку) ізопропіловий спирт. Заливка робиться з урахуванням повної просочення губки (або повсті), але без явного надлишку рідини.
Найпростіший спосіб досягти точного рівня - заливати спирт до тих пір, поки рідина повністю не закриє губчастий матеріал. Потім надлишки злити.
Технологічний процес з камерою
Буде потрібно місце, де є умови створення повної темряви (наприклад, просторий шафа або ванна кімната без вікон). Потрібно розкласти сухий лід в заздалегідь підготовлений піддон.
Скляну банку (хмарну саморобну камеру Вільсона) перевернути горловиною вниз і поставити на лід. Витримати в такому положенні приблизно 10 хвилин.
Ось такі зачаровують картини з'являються всередині хмарної камери. Радіація не тільки здатна вбивати все живе. Вона здатна ще й класно малювати
Після десятихвилинної охолодження, взяти медичну грілку, наповнити гарячою водою і розмістити на верхній частині саморобної хмарної камери Вільсона (тобто покласти на дно банки).
Грілка активізує процес випаровування спирту. В результаті утворюється хмара насиченого спиртом пара. Саме час повністю затемнити кімнату (або шафа) де проводяться дослідження.
Чи залишиться включити ліхтарик і направити промінь світла крізь стінки створеної хмарної камери. На тлі спиртового хмари, всередині банки будуть явно помітні сліди іонізуючого випромінювання.
Їх можна без праці сфотографувати. А якщо зробити ряд знімків, в подальшому можна виконати за ним відповідний аналіз рівня радіації.
Про безпеку технологічного процесу
Незважаючи на той факт, що ізопропіловий спирт вважається безпечним порівняно з метанолом, ця речовина викликає токсикоз при внутрішньому вживанні. Також спирт відноситься до речовин легко займистих.
Про ці властивості ізопропілового спирту слід пам'ятати. Виконуючи дослідження, рекомендується тримати речовину далеко від джерел тепла або відкритого полум'я.
Сухий лід в процесі сублімації - барвисте явище. Однак якщо такий процес проходить в герметичному контейнері, не виключається вибух контейнера через утворення високого тиску
Сухий лід теж володіє небезпечними властивостями. Цей, в деякому роді холодоагент , Здатний викликати обмороження при безпосередньому тривалому контакті. Рекомендується застосовувати рукавички, працюючи з сухим льодом.
Крім того, не можна зберігати сухий лід в герметичному контейнері. Процес сублімації твердого сухого льоду в газ супроводжується зростанням тиску. Якщо це відбувається в закритій герметичній ємності, цілком можливий розрив судини.
Практичні заняття з камерою Вільсона
Якщо є радіоактивний джерело, можна помістити його поруч з хмарної камерою, щоб побачити ефект чіткого випромінювання.
Дослідження рівня радіації в домашніх умовах - процес цікавий і пізнавальний. Можна побачити масу цікавих явищ, які неможливо побачити звичайним чином
Деякі продукти і матеріали з повсякденного побуту є радіоактивними. наприклад:
- бразильський горіх,
- банани,
- наповнювач для котячого туалету,
- уранове скло.
Хмарна камера Вільсона, зроблена своїми руками, дозволяє досліджувати методи захисту від радіації. Можна розміщувати всякі матеріали між радіоактивним джерелом і хмарної саморобної камерою, визначаючи тим самим їх опірність випромінювання.
Можна, наприклад, досліджувати ефект магнітного поля, створивши таке в межах розташування хмарної камери.
Позитивно заряджені і негативно заряджені частинки утворюють криволінійні сліди в протилежних напрямках під дією поля.
Хмарна і бульбашкова камери
Бульбашкова камера - це фактично родинна конструкція з групи детекторів випромінювання. Дія приладу заснована на тих же принципах, що використовує хмарна камера Вільсона.
Конструкція бульбашкового камери: 1 - водяний буфер; 2 - фторуглерод C3F8; 3 - гідравлічна рідина (пропіленгліколь); 4 - акустичні сенсори; 5 - сильфон; 6 - відеокамери; 7 - ємність під тиском
Різниця полягає лише в тому, що для роботи з бульбашкового камерою використовується перегріта рідина, а не пересичена пара. Прилад має циліндр, який заповнюється рідиною, підігрітої до температури трохи вище її точки кипіння.
Найбільш поширеним речовиною виступає рідкий водень. Зазвичай до бульбашкового камері прикладається магнітне поле.
За рахунок цього доповнення іонізуюче випромінювання переміщується по спіральному шляху, відповідно до його швидкістю, ставленням заряду і маси.
Бульбашкові камери зазвичай більше за розмірами, ніж хмарні. Цей вид приладів більш складний для виготовлення, але відкриває широкі можливості відстеження більш енергійних елементарних частинок.
