Hoe maak je een cloudkamer

Hoewel je het niet kunt zien, is achtergrondstraling overal om ons heen. Natuurlijke (en onschadelijke) stralingsbronnen zijn kosmische straling, radioactief verval van elementen in rotsen en zelfs radioactief verval van elementen in levende organismen. Een wolkenkamer is een eenvoudig apparaat waarmee we de doorgang van ioniserende straling kunnen zien. Met andere woorden, het staat het toe indirect observatie van straling. Het apparaat is ook bekend als een Wilson-wolkenkamer, ter ere van de uitvinder, de Schotse natuurkundige Charles Thomson Rees Wilson. Ontdekkingen gedaan met behulp van een wolkenkamer en een aanverwant apparaat genaamd een bellenkamer leidde tot de ontdekking van de positron in 1932, de ontdekking van de muon in 1936 en de ontdekking van de kaon in 1947.

Hoe een cloudkamer werkt

Er zijn verschillende soorten wolkenkamers. De wolkkamer van het diffusietype is het gemakkelijkst te construeren. Kortom, het apparaat bestaat uit een verzegelde container die aan de bovenkant warm is gemaakt en aan de onderkant koud. De wolk in de container is gemaakt van alcoholdamp (bijvoorbeeld methanol, isopropylalcohol). Het warme bovenste gedeelte van de kamer verdampt de alcohol. De damp koelt af terwijl deze valt en condenseert op de koude bodem. Het volume tussen de boven- en onderkant is een wolk van oververzadigde damp. Wanneer een energetisch geladen deeltje (de straling) door de damp gaat, laat het een ionisatiespoor achter. De alcohol- en watermoleculen in de damp zijn polair, dus ze worden aangetrokken door geïoniseerde deeltjes. Omdat de damp oververzadigd is, condenseren de moleculen wanneer ze dichterbij komen tot nevelige druppels die naar de bodem van de container vallen. Het pad van het pad kan worden herleid tot de oorsprong van de stralingsbron.

Maak een zelfgemaakte wolkkamer

Er zijn slechts enkele eenvoudige materialen nodig om een wolkenkamer te bouwen:

Doorzichtige glazen of plastic container met deksel
99% isopropylalcohol
Droog ijs
Geïsoleerde container (bijv. Een schuimkoeler)
Absorberend materiaal
Zwart papier
Zeer heldere zaklamp
Kleine kom warm water

Een goede container kan een grote lege pindakaaspot zijn. Isopropylalcohol is bij de meeste apotheken verkrijgbaar als ontsmettingsalcohol. Zorg ervoor dat het 99% alcohol is. Methanol werkt ook voor dit project, maar het is veel giftiger. Het absorberende materiaal kan een spons of stuk vilt zijn. Een LED-zaklamp werkt goed voor dit project, maar u kunt de zaklamp ook op uw smartphone gebruiken. Je wilt ook dat je telefoon handig is om foto's te maken van de tracks in de wolkkamer.

Begin met een stuk spons in de bodem van de pot te stoppen. U wilt een goede pasvorm zodat het niet valt wanneer de pot later wordt omgekeerd. Indien nodig kan een beetje klei of gom de spons aan de pot plakken. Vermijd tape of lijm, omdat de alcohol het kan oplossen.
Snijd het zwarte papier om de binnenkant van het deksel te bedekken. Zwart papier elimineert reflectie en is licht absorberend. Als het papier niet op zijn plaats blijft wanneer het deksel is verzegeld, plakt u het op het deksel met klei of gom. Leg het met papier gevoerde deksel voorlopig opzij.
Giet isopropylalcohol in de pot zodat de spons volledig verzadigd is, maar er geen overtollige vloeistof is. De eenvoudigste manier om dit te doen is om alcohol toe te voegen tot er vloeistof is en vervolgens het overtollige water eruit te gieten.
Sluit het deksel van de pot.
In een kamer die volledig donker kan worden gemaakt (bijvoorbeeld een kast of badkamer zonder ramen), giet je droogijs in een koeler. Draai de pot ondersteboven en plaats deze met het deksel op het droge ijs. Laat de pot ongeveer 10 minuten afkoelen.
Zet een schaaltje warm water op de wolkkamer (op de bodem van de pot). Het warme water verwarmt de alcohol en vormt een wolk van damp.
Schakel ten slotte alle lichten uit. Schijn met een zaklamp door de zijkant van de wolkkamer. Je ziet zichtbare sporen in de wolk als ioniserende straling de pot binnenkomt en verlaat.

Veiligheidsoverwegingen

Hoewel isopropylalcohol veiliger is dan methanol, is het nog steeds giftig als je het drinkt en het is licht ontvlambaar. Houd het uit de buurt van een warmtebron of open vuur.
Droogijs is koud genoeg om bij contact bevriezing te veroorzaken. Het moet met handschoenen worden behandeld. Bewaar droogijs ook niet in een afgesloten bak, omdat drukopbouw omdat de vaste stof in gas sublimeert een explosie kan veroorzaken.

Dingen om te proberen

Als u een radioactieve bron hebt, plaatst u deze in de buurt van de wolkkamer en ziet u het effect van de verhoogde straling. Sommige alledaagse materialen zijn radioactief, zoals paranoten, bananen, klei-kattenbakvulling en vaseline-glas.
Een wolkenkamer biedt een uitstekende gelegenheid om methoden van afscherming tegen straling te testen. Plaats verschillende materialen tussen uw radioactieve bron en de wolkenkamer. Voorbeelden zijn een zak water, een stuk papier, je hand en een metalen plaat. Dat is het beste in het beschermen tegen straling?
Probeer een magnetisch veld op de wolkkamer toe te passen. Positieve en negatief geladen deeltjes zullen in tegengestelde richting buigen in reactie op het veld.

Wolkkamer versus bellenkamer

Een bellenkamer is een ander type stralingsdetector gebaseerd op hetzelfde principe als de wolkenkamer. Het verschil is dat bellenkamers oververhitte vloeistof gebruikten in plaats van oververzadigde damp. Een bellenkamer wordt gemaakt door een cilinder te vullen met een vloeistof net boven het kookpunt. De meest voorkomende vloeistof is vloeibare waterstof. Gewoonlijk wordt een magnetisch veld op de kamer aangebracht, zodat ioniserende straling in een spiraalvormig pad reist in overeenstemming met zijn snelheid en lading-massa-verhouding. Bubbelkamers kunnen groter zijn dan wolkenkamers en kunnen worden gebruikt om meer energetische deeltjes te volgen.

Wetenschap