Nebelkammer nach WILSON
Schlagwörter: Kernphysik, Nebelkammer, Expansionsnebelkammer, Wilson, alpha-Teilchen, Messgerät, Nachweisgerät, Radioaktivität
Mit der Nebelkammer nach WILSON bzw. der Expansionsnebelkammer können die Spuren radioaktiver Strahlung sichtbar gemacht werden. Es gibt unterschiedliche Arten von Nebelkammern.
Wir wollen hier die Expansionsnebelkammer bzw. WILSONsche Nebelkammer betrachten.
Aufbau der Nebelkammer
Die WILSONsche Nebelkammer ►01 besteht aus einer weitgehend luftdicht verschlossenen Kammer. Die Kammer ist an den Seiten und oben transparent, um hier später Beobachtungen durchführen zu können. An der Unterseite der Nebelkammer befinden sich eine Öffnung für das radioaktive Präparat und ein Blasebalg. |
Aufbau des Experiments
Einige Stunden vor dem Experiment sollten einige Tropfen eines Alkohol-Wasser-Gemischs in die Kammer geträufelt werden. Dadurch werden die Bedingungen für die Beobachtung signifikant verbessert. Ohne das Einbringen des Alkohol-Wasser-Gemischs, ist der Dampfdruck im Innenraum der Nebelkammer zu gering.
Wenn die obere Scheibe des Beobachtungsfensters vor dem Experiment mit einem Katzenfell abgewischt wird, dann sind die Effekte in der Nebelkammer besser zu beobachten. Durch das Aufladen der Scheibe (Reibungselektrizität) können freie Ionen im Innenraum der Kammer gebunden werden.
Durchführung
Die Nebelkammer wird, wie in ►02 gezeigt, vor einer Lampe aufgebaut. Das radioaktive Präparat wird eingeschraubt.
Jetzt wird der Blasebalg langsam zusammengedrückt, so dass ein Teil der Luft entweichen kann. Dann wird der Blasebalg losgelassen. Dadurch verringert sich der Druck im Innenraum der Kammer.
Da das Volumen der Kammer konstant bleibt, muss sich die Temperatur verringern. (vgl. Gasgesetze)
{ \huge \begin{array}{l}\frac{p\cdot V}{T}=konst.\\ \large V=konst.\,\,\, \Rightarrow \,\frac{p}{T}=konst.\end{array} }
Das Gas in der Kammer kühlt sich ab. Diese Temperaturabnahme kann von der Umgebung nicht zeitgleich ausgeglichen werden. Die Folge ist, dass das Gas im Innenraum übersättigt ist. Es würde kondensieren. Zum Kondensieren benötigt das Gas Kondensationskeime, an denen es sich anlagern kann. Solange diese Kondensationskeime fehlen, kann das Gas im Innenraum der Kammer nicht kondensieren. Wir können nur einen „leichten Nebel“ an der Deckplatte der Kammer beobachten, an der ein Teil des Gases kondensiert.
Wenn radioaktive Strahlen in die Kammer eintreten, dann können diese einige Atome des Gases ionisieren. An diesen Ionen können einzelne Atome des Gases kondensieren und werden dann als „Nebelstreifen“ sichtbar.
Einen ähnlichen Effekt können wir täglich beobachten, wenn wir ein Flugzeug am Himmel sehen. ►03
Obwohl der Himmel wolkenlos ist, bilden sich hinter den Triebwerken des Flugzeugs Kondensstreifen.
Kondensstreifen in der Nebelkammer
Die Streifen zeigen die Spur der Ionisation an ►04.
Das hier verwendete Element Ra-226 ist ein α-Strahler.
α-Strahlen haben eine begrenzte Reichweite. Das ist auch an der Länge der Kondensationsspuren zu erkennen.
Mit der Nebelkammer können wir die Spur der α-Teilchen sichtbar machen.
In der Grafik ►04 und im Video können wir erkennen, dass die Spuren zwei unterschiedliche Längen aufweisen. Daraus können wir schlussfolgern, dass die α-Teilchen unterschiedliche Energien haben. Da die α-Teilchen auf ihrem Weg durchschnittlich die gleiche Energie abgeben, treten hier α-Teilchen mit zwei verschiedenen Energien auf. (diskretes Energiespektrum)