Kontinuierliche Nebelkammer

Kurzbeschreibung

Die kontinuierliche Nebelkammer dient zur Beobachtung der Bahnen von α- und β- Teilchen, der Sekundärelektronen der γ-Strahlung sowie der Höhenstrahlung. In der Nebelkammer wird die kondensationsauslösende Eigenschaft von Ionen zur Bildung der Nebelspuren, die die Bahnen von ionisierender Strahlung markieren, ausgenutzt.
Die kontinuierliche Nebelkammer besteht aus einem Metallring mit peltiergekühltem Boden und einem Glasdeckel mit Heizdrähten. Zur Wärmeabfuhr des Peltierelements ist zusätzlich eine Wasserkühlung notwendig.
Zur Inbetriebnahme der Nebelkammer wird diese mit ca. 30 ml Isopropanol gefüllt. Die Durchflussmenge des Wassers wird auf etwa 1,5 l/min. eingestellt. Erst im Anschluss daran dürfen die Peltierelemente und die Heizung mit Spannung versorgt werden. (Heizspannung ca. 12V, Peltierstrom max. 5A). Der Kammerboden sollte bei Versuchsbeginn etwa -6 haben. Abhängig von den Umgebungsbedingungen ist dies etwa nach 20-30 Minuten erreicht. Die Beleuchtungseinheit - bestehend aus einer Quecksilberdampf oder Halogenlampe mit Kondensor - darf während dieser Zeit nicht eingeschaltet sein, da die agebende Wärme der Lampe den Kammerboden zu sehr aufheizt. Eine optimale Betrachtung der Kammer ist mit der Schwanenhalskamera zu erreichen.

Trifft ein Alpha- oder Betateilchen auf ein Dampfmolekül, so schlägt es ein Elektron aus dem Molekül, so dass ein positiv geladenes Ion des Dampfes und ein freies Elektron entsteht. Dieses Elektron lagert sich an ein anderes Molekül an und man erhält zwei Ionen, welche nun als Kondensationskeime wirken und nach Anlagerung weiterer Moleküle ein Tröpfchen bilden.
Dieser Prozess wiederholt sich entlang der Flugbahn der Alpha- und Betateilchen, so dass man
dort eine Tröpfchenspur erhält, die bei geeigneter Beleuchtung als deutliche Spur zu sehen ist.

Am häufigsten sind dickere, kurze Nebelspuren und dünnere, längere Spuren sowie Nebelflecken zu beobachten.

Bei den dickeren, kurzen Spuren kann es sich um ein α-Teilchen handeln, welches in der Kammer selbst aus einem radioaktiven Kern ausgesandt worden ist. Zum anderen kann es sich um energiereiche Protonen handeln, die aufgrund von Sekundärprozessen in der Atmosphäre entstanden sind. Diese können den Glasmantel der Kammer durchdringen. Sind ihre Energiewerte nach dem Durchdringen der Kammerwand niedrig genug, dass sie ihre Energie an die Atomelektronen des Kammergases abgeben können, erzeugen sie eine Spur, die der der α-Teilchen sehr ähnlich ist. Sogenannte Nebelflecken entstehen durch senkrechtes Eindingen der Teilchen in die übersättigte Alkoholdampfschicht. Das Auftreten dieser Spuren ist über die Beobachtungsfläche statistisch verteilt. Es ist also nicht vorherzusagen, wann und wo die nächste Spur sichtbar wird.

Die dünnen, längeren Nebelspuren sind Spuren von Elektronen, Protonen oder Mesonen.
Zwischen Elektronen und Positronen kann nicht unterschieden werden.Eine dünne, gerade, über die gesamte Beobachtungsfläche verlaufende Bahn weist auf besonders schnell fliegende und damit energiereiche Elektronen hin.
Elektronen mit geringerer Geschwindigkeit bzw. Energie ergeben kürzere Bahnen, die zum Teil durch Streuung gekrümmt oder geknickt sind.

Mesonen mit großen Energiewerten erzeugen Bahnen, die den durch Elektronen erzeugten Spuren sehr ähnlich sind. Stark abgebremste Mesonen ionisieren dagegen stark und ergeben Spuren, die fast denjenigen der α-Teilchen entsprechen. Es wird deshalb im Einzelfall durchaus schwierig sein, zwischen Spuren von α-Teilchen, Protonen, Mesonen und Elektronen zu unterscheiden.

Betriebsanleitungen: Alpha-Strahler, Lampen, Elektrogeräte, Hochspannungsnetzgeräte, Heizofen

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