Jeśli jesteś właścicielem tej strony, możesz wyłączyć reklamę poniżej zmieniając pakiet na PRO lub VIP w panelu naszego hostingu już od 4zł!
"I think nature imagination is so much greater than men’s. She’s never gonna let us relax." - R.P.Feyneman                 "Life is not amount of breaths you take it’s, the moments that take your breath away." - Hitch                 "Live as if you were to die tomorrow. Learn as if you were to live forever." - Mahatma Gandhi                 "I Love Living Life. I Am Happy." - Nick Vujicic                 "Why should I refuse a good dinner simply because I don't understand the digestive processes involved?" - Oliver Heaviside

Komora Wilsona

1. Rys historyczny

Komora Wilsona zwana również komorą kondensacyjną lub komorą mgłową to urządzenie służące do śladowej detekcji cząstek elementarnych. Zaprojektowana Przez szkockiego fizyka Charlesa Wilsona w 1900 r. przez długi czas była jedynym łatwo dostepnym i bardzo tanim detektorem. Stosunkowo prosta w budowie dała możliwość naocznego zaobserwowania śladów pozostawianych przez cząstki elementarne. Dzięki niej i jej ulepszonym wersjom można było badać poprawność ówczesnych teorii. Obecnie nie jest już używana jako urządzenie badawcze. Została wyparta przez komory pęcherzykowe (Donald Glaser, 1952r.), iskrowe (1970r.).

Biografia Charlesa Wilsona.

2. Konstrukcja i zasada działania

Komora rozprężeniowa

Historycznie komora rozprężeniowa była pierwsza, to nią właśnie skonstruował Wilson w 1900r. Sama w sobie jest dość prostym urządzeniem. Jest to przeważnie szklane naczynie zamknięte tłokiem lub membraną za którą znajduje się tłok. W środku naczynia jest osadzona tkanina nasączona cieczą (najlepiej aby ciecz miała jak najmniejsze ciepło parowania), i układ usuwający jony z wnętrza komory. Praktycznie usuwanie jonów jest zrealizowane przez umieszczenie wewnątrz komory dwóch elektrod o dodatnim i ujemnym potencjale, które wytwarzają pole elektryczne "zbierające jony".

Detekcja cząsteczek polega na nagłym rozprężeniu gazu (powietrza i par cieczy) znajdującego się w komorze. Rozprężenie, powoduje obniżenie temperatury gazu. Obniżenie temperatury z kolei powoduje zachwianie stanu równowagi pomiędzy stanami para-ciecz. Powstaje para przesycona. Pary jest za dużo i musi się gdzieś się skroplić. W gazie idealnym skraplanie zajęłoby bardzo dużo czasu, jednak w naszej komorze stanie się to bardzo szybko, z powodu występujących w niej jonów, drobinek kurzu i innych zanieczyszczeń. To właśnie tendencja do skraplania się pary przesyconej na jonach została wykorzystana do detekcji. Wszakże promieniowanie, które chcemy obserwować ma właściwości silnie jonizujące. Niestety jeśli chcemy wykorzystać źródło promieniowanie ciągłego musimy na bieżąco usuwać jony z wnętrza komory, to tego właśnie posłuży nam układ elektrod.

Komora dyfuzyjna

Ten typ komory różni się tylko sposobem wytwarzania pary przesyconej. Zjawisko przesycenia pary uzyskuje się dzięki dużemu gradientowi temperatury, zmniejszającego się w stronę spodu komory (zgodnie z kierunkiem przyśpieszenia grawitacyjnego). W ten sposób opadająca para ulega gwałtownemu schłodzeniu i staje się parą przesyconą. Dalszy proces powstawania śladów cząsteczek jest identyczny jak w przypadku komory rozprężeniowej. Jej budowa jest jeszcze prostsza o ile dysponuje się suchym lodem, bo ten zazwyczaj wykorzystywany jest do schładzania dna komory. Komorę dyfuzyjną można również wykonać przy użyciu szeregowo połączonych modułów Peltiera.

Tutaj kilka ciekawych projektów:

Komora dyfuzyjna oparta o moduły peltiera

Radon w komorze dyfuzyjnej - wspaniały widok!

3. Przykładowa komora Wilsona (rozprężeniowa)

Parametry

  • Maksymalny współczynnik rozprężenia: 1.4
  • Czynnik kondensujący: Alkohol Izopropylowy
  • Natężenie pola elektrycznego: ~18500 N/q
  • Oświetlenie: 3 białe diody LED
  • Izotop: 241Am (cząsteczki alfa o Ek = 5.486MeV)

Budowa

Budowę rozpocząłem od zaprojektowania części, które mają za zadanie utrzymywać całą konstrukcję. Elementy były projektowane pod wymiary wieczka od jakiegoś kuchennego pojemnika z supermarketu. Pozostało mi ono z wcześniejszej wersji mojego urządzenia, które jednak nie do końca spełniało swoją funkcje. To wewnątrz owego wieczka ma właśnie zachodzić detekcja.

Elementy konstrukcji zaprojektowałem na komputerze i pozwoliłem sobie, za drobną opłata ; ), zlecić ich wykonanie tokarzowi. A więc są to wytoczone w blasze 2mm następujące elementy:

Podstawa utrzymująca całą konstrukcję:

Pierścień dociskający membranę:

Pierścień dociskający wieczko (jeszcze nie przewiercony):

Następnie policzłem jaki musi być maksymalny skok membrany by współczynik rozprężenia wynosił (z założenia) 1.4. Oczywiscie nie musi być aż tak duży, ale wolałem mieć pewność, że komora będzie pracować prawidłowo. Znając z grubsza wartość skoku, zlutowałem cylinder w który ma być zasysana membrana. Następnie dolutowałem go do podstawy.

Dolutowany cylinder:

Dolutowany cylinder:

Dolutowany cylinder:

Z poprzedniego projektu została mi rónież pompka służąca... do wysysania. Jest to zwykła pompka ze sklepu sportowego z odwróconym tłokiem i igłą wykonaną z miedzianej rurki 6mm. Wykorzystałem ją do "wyciągania membrany". Samą membranę na początku wykonałem z tirowej dętki, jednakże nie sprawdzała ona się zbyt dobrze, miała zbyt dużą bezwładność. Lepszym rozwiązaniem okazało się użycie mambrany wyciętej z czepka pływackiego, jest ona leciutka i łatwo rozciagliwa.

Podłączona pompka:

W celu lepszego zabezpieczenia blachy konstrukcję pomalowałem czarną akrylową farbą w spray'u.

Po malowaniu:

Pomalowana i złożona podstawa:

Pomalowana i złożona podstawa:

Testy:

Zasilanie

Do zasilania komory wilsona jest niezbędny zasilacz WN, na wyjściu, którego panuje napięcie od ~350 - 500V. Nie musi być, a raczej nie powinien być on dużej mocy, ponieważ prąd jonów jest względnie mały ponad to w tego typu konstrukcjach bardzo łatwo włożyć palec tam gdzie nie trzeba ; ). W przypadku zasilania z sieci mogło by sie skończyć bardzo źle. Jako zasilacz WN w swojej konstrukcji zastosowałem 8 stopniowy powielacz napięcia, zasilany z transformatora 6W/230V/44V. Daje mi on napięcie około 500V na wyjściu. Wybór padł na takie rozwiązanie, ponieważ jest ono w miarę bezpieczne, a większość elementów miałem w dommu. Schemat Zasilacza

Uwagi konstrukcyjne

Kilka przydatnych porad, które powinny ułatwić zaprojektowanie własnej wersji komory wilsona:
  • Im bardziej płaska komora, tym szybciej zachodzi spadek temperatury. Powoduje to zwiększenie ilości kropelek w jednostce objętości a ostatecznie polepsza to widoczność śladów promieniowania.
  • Kołowy układ elektrod pozwala zminimalizować zakrzywianie torów cząsteczek.
  • Bardzo ważą rzeczą jest natężenie pola elektrycznego w komorze, zbyt małe powoduje niewystarczającą wydajność usuwania jonów, zbyt duże prowadzi do jonizowania powietrza. Kiedy natężenie jest za duże przy rozprężaniu widać ślady strumieni jonów wychodzące z dodatniej elektrody. Wygląda to trochę tak jak ślady pozostawione po promieniowaniu.

4.Zdjęcia i Filmy

Copyright © IronWolf 2010 - 2011