Исследование работы камеры Вильсона

Исследование лучей радиации Камеры Вильсона

Автор(ы): Зубенко А.С. 4 курс, Тарханова А.П. 2 курс

КГА ПОУ «Ачинский техникум нефти и газа им. Е.А.Демьяненко»

Научный Руководитель: Мельникова И.Е.

КГА ПОУ «Ачинский техникум нефти и газа им. Е.А.Демьяненко», преподаватель

Ключевые слова: камера Вильсона, частицы низких энергий, интенсивности излучения

Камера Вильсона — детектор треков быстрых заряженных частиц, в котором используется способность ионов выполнять роль зародышей водяных капель в переохлажденном перенасыщенном паре.

Обычно, камера Вильсона состоит из цилиндра, содержащего насыщенный паром воздух, и поршня, который может двигаться в этом цилиндре. При опускании поршня воздух резко охлаждается, и камера становится пригодной для работы. В другом, более современном варианте вместо поршня использовалась резиновая диафрагма. В этом случае камера имеет перфорированное дно, под которым расположена диафрагма, в которую закачан воздух под давлением. Тогда для начала работы нужно только выпустить воздух из диафрагмы в атмосферу или специальную ёмкость. Такие камеры дешевле, проще в использовании, а также меньше нагреваются в процессе работы. [1]

Для частиц низких энергий давление воздуха в камере снижают ниже атмосферного, тогда как для фиксации высокоэнергетических частиц, наоборот, воздух в камеру закачивают под давлением в десятки атмосфер. Камеру заполняют паром воды и спирта. Такая смесь используется из-за того, что водяной пар лучше конденсируется на отрицательных ионах, а пары спирта — на положительных ионах. [2,3]

Время активной работы камеры длится от сотых долей секунды до нескольких секунд, проходящих от расширения воздуха и до тех пор, пока камера не заполнится туманом, после чего камера очищается и может запускаться повторно. Полный цикл использования обычно составляет около минуты. Источник излучения может помещаться внутрь камеры, или находиться извне её. В этом случае частицы попадают в камеру через прозрачный экран.

Наш соотечественник Руслан Мухутдинов усовершенствовал камеру, используя элементы Пельтье, что позволило значительно продлить время работы камеры. Он использовал четыре модуля Пельтье TEC-12710 с максимальной холодильной мощностью 110 ватт и 10 ампер, и еще четыре модуля Пельтье TEC-12706 мощность 66 ватт и 6 ампер, для охлаждения модулей были выбраны алюминиевые блоки водяного охлаждения, и погружной насос на 12 вольт. В качестве блока питания были выбраны компьютерные блоки питания в количестве 4 штук. [4]

Чтобы добиться максимальной эффективности от элементов Пельтье необходимо сделать «сендвич» из панелей, мощные элементы располагаются сверху, а более слабые снизу и эффективно охлаждают горячую сторону элементов, что позволяет добиться рекордных -54 градусов, для элементов Пельтье.

Сама камера Вильсона будет размеров 8 на 8 сантиметров. В качестве самой камеры будет использоваться пластиковый контейнер с крышкой, дно отрезано. Для подсвечивания паров, будут использоваться светодиоды. В крышке закреплены жесткие части от моющей губки которые будет необходимо пропитать спиртом, по периметру крышки закреплен медный провод к которому будет подводиться высокое напряжение, для удаления частиц пыли, и чтобы исключить посторонние центры конденсации. Под действием высокого потенциала все частицы пыли осядут на проводе.

Источник высокого напряжения можно собрать на строчном трансформаторе ТВС-90П4 и транзисторе КТ805, к нему необходимо собрать умножитель напряжения на 4 ступени. С помощью переменного резистора можно регулировать выходное напряжение от 3.5 до 8 киловольт.

 После того как камера собрана самое время запустить ее, необходимо подождать около 2 минут для того чтобы элементы Пельтье охладили камеру и спирт начал конденсироваться. Дальше начинается самое интересное можно увидеть, как треки различных частиц с разной энергией и зарядом оставляют разные следы, чем толще и длиннее, тем у частицы больше заряда и энергии.

Если поместить в камеру радиоактивный металл, например, америций 241, который излучает в основном альфа частицы. Можем наблюдать в камере, концы треков альфа частиц которое возникает в следствии интенсивности излучения, поэтому имеет смысл сделать экран из алюминиевого скотча, в котором проделаны 5 маленьких отверстий, в этом случае картина меняется в лучшую сторону и можно наблюдать альфа частицы полностью.

Таким образом камера Вильсона позволяет наблюдать за невидимыми глазу треками различных частиц, в том числе и радиации.

Используемые информационные ресурсы

 1.https://ru.wikipedia.org/wiki/Камера Вильсона

2.https://www.popmech.ru/diy/17200-kak-v-domashnikh-usloviyakh-uvidet- 

subatomnyechastitsy/

3.https://www.youtube.com/watch?v=btH7umNzrZw

4.Заведея Т.Л., Иваница С. В., Матвеева М. О./ Феникс, 2017/Энциклопедический

справочник по физике в таблицах

5.Гомоюнов К. К., Кесаманлы М. Ф., Кесаманлы Ф. П./ Проспект, 2018/Подготовка

к ЕГЭ по физике в Санкт-Петербургском ГТУ

Скачано с www.znanio.ru