Камера вильсона своими руками простая

Облачная камера Вильсона: как сделать своими руками

Главная страница » Облачная камера Вильсона: как сделать своими руками

Всегда невидимой остаётся фоновая радиация, неизменно присутствующая в атмосфере. Естественные источники излучения включают космические лучи, радиоактивный распад элементов горных пород или даже радиоактивный распад элементов живых организмов. Инструмент — облачная камера Вильсона это относительно несложное устройство, благодаря которому есть возможность наблюдать и фиксировать прохождение ионизирующего излучения.

Принцип работы облачной камеры

По сути, устройство допускает косвенное наблюдение за излучением радиации в границах окружающей среды. Своё название облачной камеры Вильсона конструкция получила в честь её изобретателя — шотландского физика Чарльза Томсона Риза Вильсона.

Исследования начала 20 века, проведённые с участием облачной камеры Вильсона, завершились открытием элементарных частиц:

Существуют различные виды облачных камер. Прибор диффузионного типа в домашних условиях изготовить проще, чем другие виды. Конструкция диффузионного типа содержит герметичный контейнер, верхняя область которого нагревается, а нижняя охлаждается.

Прибор Вильсона в оригинальном конструктивном исполнении. Совсем несложная конструкция, но сколько чудных открытий свершилось благодаря этому аппарату

Облако внутри контейнера формируется из спиртового пара (метанола, изопропилового спирта и т.п.). Нагретая верхняя область камеры создаёт условия для испарения спирта.

Образовавшийся пар охлаждается, опускается вниз и конденсируется, оказавшись в холодной донной области контейнера.

Объем пространства между вершиной и дном контейнера заполнен облаком пересыщенного пара. Когда энергетическая заряженная частица (излучение) проходит сквозь пар, эта частица неизбежно оставляет ионизационный след.

Молекулы спирта и воды обладают свойствами полярных элементов, поэтому притягиваются к ионизованным частицам.

Когда в области пересыщенного пара молекулы спирта и воды сближаются с ионами, образуется капельный конденсат. Путь прохождения конденсата остаётся видимым до источника излучения.

Как сделать камеру Вильсона своими руками

Изготовление облачной самодельной камеры требует наличия следующих материалов и аксессуаров:

1. Прозрачный стеклянный (пластиковый) контейнер с крышкой.
2. Изопропиловый спирт (медицинский 99% спирт).
3. Сухой лед и поддон для льда.
4. Абсорбирующий материал.
5. Плотная бумага чёрного цвета.
6. Фонарь с высокой яркостью свечения.
7. Грелка медицинская малоразмерная.

Удачным контейнером вполне может выступить обычная пустая стеклянная баночка. Изопропиловый спирт доступен из ассортимента большинства аптек в виде аналога — медицинского спирта.

Схема прибора Вильсона: 1 — цилиндрический контейнер; 2 — водяной лоток; 3 — латунный плунжер; 4 — лабораторный зажим; 5 — от калибратора; 6 — от насоса; 7 — деревянный блок; 8 — подвижная база; 9 -источник питания; 10 — сферический вакуумный контейнер

Главное, чтобы медицинский спирт был не мене 99% плотности. Метанол также может применяться для домашнего проекта, но следует иметь в виду — это вещество имеет высокий уровень токсичности.

Абсорбирующий материал удачно заменяет губка или кусочек войлока. В качестве подсветки подойдёт светодиодный фонарик.

Не исключается даже использование функции фонаря смартфона. Кстати, телефонная камера пригодится для фотографирования следов присутствия радиации.

Устройство инструментария исследований дома

Начинают процесс сборки оборудования с куска губки, который закладывают в нижнюю часть банки. Рекомендуется аккуратно подогнать материал по размеру диаметра банки, чтобы губка упиралась в стенки и не выпадала, если банку перевернуть.

Гарантированное крепление губки или войлока обеспечит добавление небольшого количества пластилина или смолы на дно банки. Не следует использовать клейкую ленту или клей, потому как пары спирта легко растворяют подобные материалы.

Устройство самоделки: 1 — тёмное помещение; 2 — стеклянный контейнер; 3 — медицинская грелка; 4 — сухой лёд; 5 — луч света фонарика; 6 — поддон для сухого льда; 7 — губчатый материал; 8 — пары спирта

Следующим шагом нужно вырезать из плотной бумаги чёрного цвета круг, аналогичный форме круга внутренней области крышки, которой закрывается банка. Вырезанным бумажным кругом необходимо закрыть внутреннюю часть крышки.

Бумажная вставка нужна для того, чтобы исключить эффект отражения. К тому же бумага тоже в некоторой степени работает как абсорбер.

Для гарантированного крепления бумажную вставку тоже разумно прикрепить с помощью пластилина или смолы. Модернизированную таким образом крышку можно надевать на горловину банки.

Однако прежде следует залить в контейнер (банку) изопропиловый спирт. Заливка делается с учётом полной пропитки губки (или войлока), но без явного избытка жидкости.

Самый простой способ достичь точного уровня — заливать спирт до тех пор, пока жидкость полностью не закроет губчатый материал. Затем излишки слить.

Технологический процесс с камерой

Потребуется место, где есть условия создания полной темноты (например, просторный шкаф или ванная комната без окон). Нужно разложить сухой лёд в заранее подготовленный поддон.

Стеклянную банку (облачную самодельную камеру Вильсона) перевернуть горловиной вниз и поставить на лёд. Выдержать в таком положении примерно 10 минут.

Вот такие завораживающие картины появляются внутри облачной камеры. Радиация не только способна убивать всё живое. Она способна ещё и классно рисовать

После десятиминутного охлаждения, взять медицинскую грелку, наполнить горячей водой и разместить на верхней части самодельной облачной камеры Вильсона (т.е. положить на дно банки).

Грелка активизирует процесс испарения спирта. В результате образуется облако насыщенного спиртом пара. Самое время полностью затемнить комнату (или шкаф) где проводятся исследования.

Останется включить фонарик и направить луч света сквозь стенки созданной облачной камеры. На фоне спиртового облака, внутри банки будут явно заметны следы ионизирующего излучения.

Их можно без труда сфотографировать. А если сделать ряд снимков, в последующем можно выполнить по ним соответствующий анализ уровня радиации.

О безопасности технологического процесса

Несмотря на тот факт, что изопропиловый спирт считается безопасным по сравнению с метанолом, это вещество вызывает токсикоз при внутреннем употреблении. Также спирт относится к веществам легко воспламеняющимся.

Об этих свойствах изопропилового спирта следует помнить. Выполняя исследования, рекомендуется держать вещество вдали от источников тепла или открытого пламени.

Сухой лёд в процессе сублимации — красочное явление. Однако если такой процесс проходит в герметичном контейнере, не исключается взрыв контейнера по причине образования высокого давления

Сухой лед тоже обладает опасными свойствами. Этот, в некотором роде хладагент, способен вызвать обморожение при непосредственном длительном контакте. Рекомендуется применять перчатки, работая с сухим льдом.

Кроме того, нельзя хранить сухой лед в герметичном контейнере. Процесс сублимации твёрдого сухого льда в газ сопровождается ростом давления. Если это происходит в закрытой герметичной ёмкости, вполне возможен разрыв сосуда.

Практические занятия с камерой Вильсона

Если есть радиоактивный источник, можно поместить его рядом с облачной камерой, чтобы увидеть эффект чёткого излучения.

Исследования уровня радиации в домашних условиях — процесс интересный и познавательный. Можно увидеть массу интересных явлений, которые невозможно увидеть обычным образом

Некоторые продукты и материалы из повседневного быта являются радиоактивными. Например:

• бразильский орех,
• бананы,
• наполнитель для кошачьего туалета,
• урановое стекло.

Облачная камера Вильсона, сделанная своими руками, позволяет исследовать методы защиты от радиации. Можно размещать всякие материалы между радиоактивным источником и облачной самодельной камерой, определяя тем самым их сопротивляемость излучению.

Можно, к примеру, исследовать эффект магнитного поля, создав таковое в границах расположения облачной камеры.

Положительно заряженные и отрицательно заряженные частицы образуют криволинейные следы в противоположных направлениях под действием поля.

Облачная и пузырьковая камеры

Пузырьковая камера — это фактически родственная конструкция из группы детекторов излучения. Действие прибора основано на тех же принципах, что использует облачная камера Вильсона.

Конструкция пузырьковой камеры: 1 — водяной буфер; 2 — фторуглерод C3F8; 3 — гидравлическая жидкость (пропиленгликоль); 4 — акустические сенсоры; 5 — сильфон; 6 — видеокамеры; 7 — сосуд под давлением

Разница заключается лишь в том, что для работы с пузырьковой камерой используется перегретая жидкость, а не пересыщенный пар. Прибор имеет цилиндр, который заполняется жидкостью, подогретой до температуры чуть выше ее точки кипения.

Наиболее распространенным веществом выступает жидкий водород. Обычно к пузырьковой камере прикладывается магнитное поле.

За счёт этого дополнения ионизирующее излучение перемещается по спиральному пути, в соответствии с его скоростью, отношением заряда и массы.

Пузырьковые камеры обычно больше по размерам, чем облачные. Этот вид приборов более сложный для изготовления, но открывает широкие возможности отслеживания более энергичных элементарных частиц.

Видео-дополнение к теме исследования элементарных частиц

Источник

Детектор элементарных частиц своими руками

Через наше тело каждую секунду пролетают десятки тысяч элементарных частиц из космоса — мюонов, электронов, нейтрино и так далее. Мы их не чувствуем и не видим, но это не значит, что их нет. И не значит, что их нельзя зафиксировать. Мы предлагаем читателям N + 1 своими руками собрать устройство, которое позволит вам «увидеть» этот непрерывный космический дождь.

«Настоящие» детекторы частиц, например те, что стоят на Большом адронном коллайдере, стоят миллионы долларов и весят сотни тонн, но мы попробуем обойтись значительно более скромным бюджетом.

• сухой лед (примерно 80 рублей за килограмм, желательно купить пенопластовый термоконтейнер еще за 300 рублей — иначе все, что вы купили, испарится слишком быстро). Очень много сухого льда не нужно, килограмма хватит;
• изопропиловый спирт (стоит 370 рублей за 0,5 литра, продается в магазинах радиотехники);
• кусок фетра (швейный магазин, около 150 рублей);
• клей, чтобы приклеить фетр к дну контейнера («Момент», 150 рублей);
• прозрачный контейнер, например пластмассовый аквариум с крышкой (мы купили пищевой контейнер из твердого пластика за 1,5 тысячи рублей);
• подставка под сухой лед, это может быть фотографическая кювета (нашлась на редакционной кухне);
• фонарик.

Итак, приступаем. Сперва нужно приклеить кусок фетра на дно контейнера и подождать несколько часов, пока клей высохнет. После этого фетр нужно пропитать изопропиловым спиртом (следите, чтобы спирт не попал в глаза!). Желательно, чтобы фетр полностью пропитался спиртом, остаток которого потом надо слить. Затем на дно кюветы нужно высыпать сухой лед, закрыть контейнер крышкой и поставить его в сухой лед крышкой вниз. Теперь нужно подождать, чтобы воздух внутри камеры насытился парами спирта.

Принцип работы камеры Вильсона (она же «туманная камера») состоит в том, что даже очень слабое воздействие заставляет насыщенный пар спирта конденсироваться. В результате даже воздействие космических частиц заставляет пар конденсироваться, и в камере формируются цепочки микроскопических капель — треки.

Посмотреть на эксперимент можно на нашем видео:

Несколько замечаний из опыта: не стоит покупать слишком много сухого льда — он испарится полностью меньше чем за сутки даже их термоконтейнера, а промышленный холодильник найдется у вас навряд ли. Нужно, чтобы крышка прозрачного контейнера была черной, например, можно закрыть его снизу черным стеклом. На черном фоне лучше будут видны треки. Смотреть нужно именно в нижнюю часть контейнера, там образуется характерный туман, похожий на моросящий дождь. В этом тумане и возникают треки частиц.

Источник

Школьная камера Вильсона своими руками

Между прочим, радиоактивные предметы — далеко не редкость в нашей повседневной жизни. Возможно, какие-то из них даже есть у вас дома. Ниже представлю список наиболее распространённых «домашних» радиоактивностей. Излучение от них можно будет увидеть в камере Вильсона, сборка которой описывается в этой статье.

• Старинные часы со светомассой постоянного действия
• Старинные ёлочные игрушки со светомассой постоянного действия
• Калильные сеточки для туристических газовых фонарей
• Некоторые датчики дыма (радиоактивный элемент в них упрятан внутри корпуса)
• Калийные удобрения
• Урановое стекло

В интернете распространены конструкции камеры Вильсона, сделанные с использованием либо сухого льда, либо элементов Пельтье. Оба эти варианта хороши тем, что перенасыщенный пар в них держится долгое время и треки частиц можно удобно сфотографировать или заснять. Однако достать сухой лёд в нужном количестве не всегда просто, к тому же он недолго хранится. Конструкцию на элементах Пельтье тоже нельзя назвать практичной, так как она требует хорошего водяного охлаждения самих элементов. Поэтому попробуем собрать так называемую «школьную» камеру Вильсона. Она наиболее проста, не требует для сборки специфичных компонентов, но также позволяет увидеть треки частиц. Камеры Вильсона подобной конструкции использовались раньше в школах на уроках физики.

Можно увидеть, что в центре камеры на специальном креплении установлен сам источник излучения – как правило, это была плутониевая петля. В нашем же случае, мы можем класть внутрь камеры буквально что угодно, и тем самым хоть и грубо, но проверять предметы на радиоактивность. Треки частиц в камере выглядят весьма завораживающе даже на фотографиях, что уж говорить про зрелище вживую. Многие люди собирают такие камеры просто для того, чтоб полюбоваться. Ведь это явление по-настоящему потрясающее, когда мы может собственными глазами увидеть частицу из микромира, а вернее её след.

Переходим к сборке. Первым делом, необходимо найти стеклянную банку, подходящую по размерам и форме, в идеальном случае она должна быть невысокой и плоской, как оригинальная школьная камера Вильсона. Хорошо подойдёт баночка из под икры. Крышка обязательно должна быть винтовой, закручиваться плотно.

После того как банка найдена, необходимо проделать в её крышке отверстие, совпадающее с диаметром с трубкой, которая будет использоваться. Лучший вариант – силиконовый шланг диаметром 5-10 мм, подойдёт также шланг от капельницы.

Затем нужно найти последний и самый важный компонент камеры Вильсона – медицинскую грушу. Объём подойдёт любой, единственное условие, чтобы её можно было герметично соединить с трубочкой. В моём случае шланг просто плотно насадился на конусообразную насадку груши.

Следующий этап можно назвать заключительным. Необходимо также герметично закрепить шланг на крышке, концом внутрь банки. Я сделала это с помощью термоклея – не самый надёжный, но рабочий вариант для «здесь и сейчас». Идеально было бы поставить штуцер для силиконового шланга либо просто загермитизировать шланг в крышке герметиком.

Внутри камеры Вильсона должны быть пары спирта, его можно просто капнуть на дно банки, но лучше закрепить на внутренней стороне крышки немного ваты, и уже её смочить этиловым или изопропиловым спиртом. Если их нет под рукой в жидком виде, можно взять влажную салфетку, в составе которой числится спирт, и аналогично вате закрепить её на крышке. Также есть информация, что камера Вильсона может работать с парами ацетона, других подобных растворителей, либо даже воды, но я не проверяла.

Поздравляю, сборка окончена! Данная камера хороша тем, что в любой момент можно открутить крышку банки, положить или наоборот убрать оттуда какой-либо предмет, который нужно проверить на радиоактивность. Готовая собранная конструкция показана на фотографии ниже.

Теперь выключаем в комнате свет, зашториваем шторы, берём небольшой точечный фонарик, например, в телефоне, и им подсвечиваем банку снизу. Сжимаем грушу, а затем плавно отпускаем – внутри банки должен появляться однородный «туман» из мелких-мелких капелек. Если всё так, ничего не шипит, воздух не выходит, значит камера Вильсона собрана верно и можно приступать к опытам. Например, старые дедушкины часы с радиоактивной светомассой будут активно испускать вокруг себя частицы и их сразу же можно будет отличить по множеству видимых треков от таких же часов, но нефонящих, без светомассы. К сожалению, сфотографировать «туман» внутри банки и сами треки в такой камере Вильсона довольно проблематично, ведь приходится регулярно «подкачивать» грушей, потому что туман рассеивается через 2-3 секунды. На фотографии ниже в центре банки видно скопление множества мелких капелек.

Таким образом, мы полностью повторили конструкцию школьной камеры Вильсона. Достоинство такой конструкции в том, что собрать её можно буквально из того, что есть дома здесь и сейчас – а это особенно актуально в данное время, на самоизоляции, пока магазины закрыты. Всем добра.

Источник