Gør-det-selv Tågekammer – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Mød os > Ungdomslaboratoriet > Gør-det-selv Tågekammer

Hvad er en tågekammer?

Når man siger ”partikeldetektor” vil de fleste tænke på Large Hadron Collider, som er partikeldetektoren over alle – den er både større og vejer mere end alle andre partikeldetektorer i verden. Men partikeldetektorer er ikke altid kompliceret. Faktisk er nogle af dem så simple, at man kan bygge dem ud fra ting fra IKEA.

Et diffusionstågekammer er en sådan detektor. Oprindeligt udviklet på UC Berkeley i 1938. Denne type detektor bruger fordampet alkohol til at lave en "tåge", der er ekstremt følsom over for passerende partikler.

Kosmiske stråler er partikler, der konstant rammer Jorden fra rummet. Når de rammer Jordens atmosfære, frigiver de en byge af lettere partikler, hvoraf mange usynligt regner ned til os. Når en kosmisk stråle passerer gennem en tåge, skabes spøgelsesagtige partikel-spor, der er synlige for det blotte øje.

Hvordan laver man en tågekammer?

Et diffusionstågekammer sammenlignes ofte med et stort akvarium, hvilket ofte er en god beskrivelse. Låget er beklædt med en klud, som er gennemblødt (men ikke dryppende!!) med en sprit-vandblanding. Den fordamper og mætter luften i akvariet. Man køler nu bunden til ca. -80 ⁰C vha. tøris. Ved bunden, hvor luften er kold, bliver luften så overmættet med vanddamp, at vanddampen får svært ved at danne dråber og regne ned.

Noget 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.

Et 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 og man vil da være i stand til at se og måle på disse spor. Den ioniserende stråling kommer så enten fra en radioaktiv kilde eller fra stråling fra rummet.

Hvad sker der inde i tågekammeret?

Alkoholen som er absorberet af kluden er ved stuetemperatur og fordamper langsomt i luften i kammeret. Men som det fordampede alkohol synker mod tørisen, køles det ned og ønsker at vende tilbage til en væske.

Luften nær bunden af tanken er nu overmættet, hvilket betyder, at det er lige under dens atmosfæriske dugpunkt. Og ligesom vandmolekyler klamrer sig til græsstrå på kølige morgener, vil den atmosfæriske alkohol danne tåge-lignende dråber på hvad det end kan fange.

Når en partikel passerer gennem tågekammeret, støder det ind i atmosfæriske molekyler og frastøder nogle af deres elektroner, hvilket resulterer i at molekylerne bliver til ladedeioner. Den atmosfæriske alkohol er tiltrukket af disse ioner og klamrer sig til dem hvilket danner små dråber.

De resulterende spor som er efterladt ligner striber efter en flyvemaskine. De lange tynde linjer markerer partiklens vej gennem alkohol-tågen.

Hvad kan man sige ud fra sporene?

Mange forskellige typer af partikler kan passere gennem tågekammeret. Det kan være svært at se, men du kan faktisk skelne mellem de forskellige typer af partikler baseret på sporene de efterlader.

  • Korte tykke spor:

Disse er ikke kosmisk stråling. Når du ser korte, tykke spor, ser du en atmosfærisk radon atom spytte en alfapartikel ud (en klump af to protoner og to neutroner). Radon er en naturligt forekommende radioaktivt grundstof, men det findes i så lave koncentrationer i luften, at det er mindre radioaktivt end peanut butter. Alfapartikler spyttet ud af radon-atomer har lav energi, så de efterlader korte, tykke spor.

  • Lange, lige spor

Disse stammer fra myoner! Myoner er de tungere fætre til elektronen og produceres, når en kosmisk stråle støder ind et atmosfærisk molekyle højt oppe i atmosfæren. Fordi de er så massive passerer myonerne uhindret i deres vej gennem luften og efterlade rene, lige spor.

  • Zig-zag og krøllede spor

Disser stammer fra en elektron eller positron (elektronens anti-stof tvilling). Betapartikler som elektroner og positroner opstår, når en kosmisk stråle styrter ned i atmosfæriske molekyler. Elektroner og positroner er lette partikler og hopper rundt når de rammer luftmolekyler, hvilket efterlader zig-zag og krøllede spor.

  • Splittede spor

Hvis et spor splitter, skyldes det en henfaldet partikel. Mange partikler er ustabile og vil henfalde til mere stabile partikler. Hvis dit spor pludselig spalter, ser du fysik i aktion!