Всем доброго времени суток! В эфире рубрика ЭээЭксперименты! EXпериментирую!!! И сегодня я поделюсь опытом визуализации радиации (!) в камере Вильсона. Было около 50 попыток, и только 3 из них удачные. Что ж, начнём!
Что такое камера Вильсона? Для наиболее полного объяснения обратимся к Александру Васильевичу Пёрышкину:
Камера Вильсона состоит из невысокого стеклянного цилиндра СС со стеклянной крышкой LL (на рисунке цилиндр показан в разрезе). Внутри цилиндра может двигаться поршень Р. На дне камеры находится чёрная ткань FF. Благодаря тому, что ткань увлажнена смесью воды со спиртом, воздух в камере насыщен парами этих жидкостей.
При быстром движении поршня вниз находящиеся в камере пары расширяются, их внутренняя энергия уменьшается, температура понижается.
В обычных условиях это вызвало бы конденсацию паров (появление тумана). Однако в камере Вильсона этого не происходит, так как из неё предварительно удаляются так называемые ядра конденсации (пылинки, ионы и пр.). Поэтому в данном случае при понижении температуры пары становятся перенасыщенным, т. е. переходят в крайне неустойчивое состояние, при котором они будут легко конденсироваться на любых образующихся в камере ядрах конденсации, например на ионах.
Изучаемые частицы впускаются через тонкое окошко (иногда источник частиц помещают внутри камеры). Пролетая с большой скоростью через газ, частицы создают на своём пути ионы. Эти ионы и становятся ядрами конденсации, на которых пары конденсируются в виде маленьких капелек (водяной пар конденсируются преимущественно на отрицательных ионах, пары этилового спирта – на положительных). Вдоль всего пути частицы возникает тонкий след из капелек (трек), благодаря чему траектория движения становится видимой. Если поместить камеру Вильсона в магнитное поле, то траектории заряженных частиц искривляются. По направлению изгиба следа можно судить о знаке заряда частицы, а по радиусу кривизны определять её массу, энергию, заряд. Треки существуют в камере недолго, так как воздух нагревается, получая тепло от стенок камеры, и капельки испаряются. Чтобы получить новые следы, необходимо удалить имеющиеся ионы с помощь электрического поля, сжать воздух поршнем, выждать, пока воздух в камере, нагревшийся при сжатии охладится, и произвести новое расширение.
Мои эксперименты
Посмотрел я несколько видосов из интернета. Все как один охлаждают камеру сухим льдом. Я же решил первые эксперименты провести с обычным льдом.
В качестве источника радиации я решил не использовать ничего. Радиоактивного городского фона должно хватить.
Получилась такая установка:
Конечно, такой объём льда не смог достаточно охладить всю камеру и я не увидел ничего.
С этой версией камеры ни один эксперимент не прошёл успешно. Потом я нашёл маленькую (5 × 5 × 5 см) баночку с крышкой и уже готовой уплотнительной резинкой.
С ней было как-то так:
Эта установка так же не удалась. Было решено поставить её в морозильник для более эффективного охлаждения. И через какое-то количество неудач, всё получилось! Ролик, в котором видны треки, можно посмотреть из ссылки вначале статьи.
Как повторить
Потребуется:
1. Очень много терпения.
2. Тёмная комната.
3. Небольшая стеклянная банка с плотно закрывающейся крышкой.
4. Фонарик (в идеале лазерный уровень, проверено).
5. Кусочек ваты.
6. Этиловый (или любой другой) спирт. Его нужно много, т.к. с первого раза вряд ли получится.
7. Холодильник.
8. Очень чистая вода, можно дистиллированную.
9. Ёмкость для заморозки льда. Это может быть плоская баночка диаметром ≈ 10 см. Желательно пластиковая.
Ход эксперимента:
3. Замораживает лёд в ёмкости из пункта №9.
2. Подготавливаем банку/камеру – моём со спиртом, насухо вытираем.
3. Ложим в банку кусочек ваты, обильно поливаем его спиртом. Если спирт 100%, добавляем туда чуть-чуть воды (желательно дистиллированной).
4. Плотно закрываем банку.
5. Ставим банку (уже камеру Вильсона) в морозильную камеру примерно на 15 минут.
6. Заранее готовим в тёмной комнате место проведения эксперимента, приготавливаем фонарик.
7. Достаём из морозилки лёд и камеру Вильсона, ставим камеру на лёд (чтобы быстро не нагрелась) и бежим в тёмную комнату.
8. Если стенки банки запотели/покрылись инием снаружи – очень быстро протираем. Быстрота очень важна: всё это нужно делать секунд за 15.
9. Посмотреть, не захотела ли камера изнутри. Если запотела – можно начинать всё сначала.
10. Если всё успешно заморозилось и внутри нет конденсата – ставим фонарик и смотрим! Внутри камеры Вильсона должны появиться перемещающиеся сгустки тумана. Это и есть следы радиации!!!