Tågekammeret

Hej Spørg om Fysik
Jeg har set en udsendelse i fjernsynet på et tidspunkt vedr. "partikler fra rummet" eller noget lignende. I denne udsendelse viste de et mørkt akvarium fyldt med tåge (huske ikke om det var luftrum også). Lejlighedsvis kom der et slags stjerneskud gennem akvariet og forklaringen var, at det skyldtes partikler fra rummet som gennemtrænger alt.

Jeg husker, at jeg var meget facineret af dette forsøg, og at jeg selv ville lave det på et tidspunkt - sætte det op i stuen evt. Årene er imidlertid deværre gået, og jeg har glemt hvordan akvariet skulle laves, og hvad det var der blev vist. Jeg tror at de omtalte partiklerne som neutrinoer,- kan det være korrekt ?

Eller hvad har jeg set ?

(Det lille billede fra forrige side viser spor af alfapartikler i et tågekammer)

Med venlig hilsen
J R

I kernefysikkens første mange år var den detektor for ioniserende stråling, der hedder tågerkammeret, meget anvendt. Det er baseret på, at når luft uden støv er overmættet med vanddamp, har vanddampen svært ved at danne dråber og regne ned.

Det har noget at gøre med, at små dråber på grund af overfladespændingen, som afhænger af deres radius, er svære at få sat i gang. Dråbedannelsen ved f.eks. tåge sker derfor ofte på støvkorn osv. Noget andet som kan sætte dråbedannelsen i gang er elektriske ladninger. Ioniserende stråling f.eks. α- stråling (ladede heliumkerner) og β-stråling (elektroner) ioniserer luften de går igennem, for α- stråling op til 60 000  ionpar pr. cm luft for β-stråling over 100 ionpar.

Ekspansionstågekammer

Som måleapparat blev der udformet to typer, ekspansionstågekammeret, hvor der var en vand - spritblanding på et stykke filt på låget, og hvor bunden kunne pumpes ud og ind. Når man trækker ud afkøles luften ved udvidelsen (modsat sammentrykning giver varme, som når man pumper cykel). Når luften afkøles kan der være mindre vand i den, så under udvidelsen er vanddampen overmættet, og der kan dannes tågespor efter ioniserende stråling. Ofte omgaves kammeret med et magnetfelt, så bliver banesporene krumme, og man kan bruge krumningen til at få oplysninger om ladning og masse, Hastigheden kan fås af længden af sporet. Når ekspansionen er færdig pålægges et elektrisk felt, for at rense kammeret for ioner, så det hele ikke bliver en stor tågeklat. For bedre at se de grå tågespor, males kammeret sort over det meste indvendigt, og belyses. Man kan med et sådant kammer måle måske hvert 20 sekund, det tager lidt tid at få ligevægten igen efter bunden har bevæget sig.

Billedet er fra NBI og viser en fissionsproces

Diffusionstågekammer

Det apparat som omtales, er sandsynligvis et diffusionstågekammer. Et stort akvarium er sikkert ofte en god beskrivelse. Låget er beklædt med et filtlag, som er fyldt med en sprit-vandblanding. Den fordamper og mætter luften i akvariet. Man køler nu bunden til f.eks. -60⁰ C eller lavere. Det kan gøres med en speciel kølemaskine, som til en dybfryser, eller med kulsyresne evt. flydende luft. Ved bunden, hvor luften er kold, bliver luften så meget overmættet med vanddamp. Et eller andet sted imellem top og bund vil ioniserende stråling så kunne danne tågespor, når luften lige er overmættet med vanddamp. Man belyser området med skarpt lys (det gjorde man også i det andet kammer) og kan se og måle på disse spor. Den ioniserende stråling kommer så enten fra en radioaktiv kilde eller fra rummets stråling. Også her kan man pålægge magnetfelter og rense for ionpar med et elektrisk felt. I det første kammer får man et øjebliksbillede af noget, der sker, i en meget kort tid, i diffusionstågekammeret får man hele tiden spor, men ikke oplysning om, hvad der sker samtidigt.

Boblekammeret

Da man begyndte i 1960-erne at undersøge større acceleratorers stråling, havde man brug for noget der stopper strålingen mere effektivt ved sammenstød en luft i tågekamre. Man opfandt så det såkaldte boblekammer. I det er der flydende brint ved omkring -253 ⁰ C. Det varmes op til lige over kogepunktet. Det at danne bobler når en væske koger, giver samme problem som at lave dråber, så der kommer bobler langs sporet fra partikler som ioniserer. Ideen er, at acceleratoren sender en partikel ind i kammeret, den støder sammen med brinten i den flydende brint, og der kommer så en række ioniserende partikler, som kan ses i kammeret som et øjebliksbillede af forsøget.

I dag bruges normalt elektroniske detektorer f.eks. i CERN, som kan måle partiklernes bane mm. og direkte indlæse resultatet i en computer med mange målinger pr. sekund.

Med venlig hilsen
Malte Olsen