przejdź do strony głównej KNE PW

Koło Naukowe Energetyków

16 grudnia 2017
Strona główna Projekty zakończone Komora Wilsona
Komora Wilsona

Aby móc zwizualizować w najprostszy sposób otaczające nas na co dzień promieniowanie jonizujące należy zbudować Komorę Wilsona. Konstrukcja komory nie wymaga zbyt wielkiego nakładu pieniężnego ani wysiłku. Jest bardzo łatwa do zrobienia nawet w warunkach stricte domowych.

Składniki potrzebne do zrobienia Komory Wilsona:

  • Akwarium bądź pojemnik (najlepiej okrągły lub prostokątny) z przezroczystymi ściankami;
  • Czarną folę;
  • Agregat chłodzący, ciekły azot lub suchy lód;
  • Spirytus rektyfikowany 95%;
  • Gazę lub inny materiał chłonący spirytus (my użyliśmy materiału filcowego);
  • Aluminiową płytkę;
  • Źródło promieniowania α (nie jest wymagane, ale dla lepszej wizualizacji nie zaszkodzi. Nie jest ono niebezpieczne, gdyż promienie α zatrzymuje zwykła kartka papieru a ich zasięg jest niewielki);
  • Źródło światła (w naszym przypadku były to diody).

Jak działa Komora Wilsona

Całe urządzenie składa się ze szklanej komory o objętości ok. 800 cm³, której 4 z 5 boków obklejone zostały czarną folią w celu uzyskania lepszego kontrastu. Na górnej ściance naczynia przyklejony jest materiał filcowy, który nasączamy alkoholem etylowym. Pod szklanym akwarium umieszczona jest aluminiowa płyta o wymiarach 21 x 21 cm, która charakteryzuje się dobrą przewodnością cieplną. Płytka ma grubość 6 mm. Wynika to z potrzeby wywiercenia na środku otworu gwintowanego dzięki któremu jesteśmy w stanie przymocować płytę do agregatu chłodniczego. Dzięki takiemu zabiegowi zmniejszamy kontaktowy opór termiczny na połączeniu płyta-agregat. Do chłodzenia płyty można używać suchego lodu, który umożliwia nam obniżenie temperatury w dolnej warstwie komory do ok. –78,5°C. W naszym przypadku w prototypie użyty został agregat chłodniczy, którego temperatura nominalna oscyluje w granicach –85°C (zaś obecnie wykorzystujemy ciekły azot). Dzięki uzyskaniu tak niskiej temperatury znajdujące się wewnątrz, przechłodzone opary alkoholowe kondensują na wysokości ok. 2 cm tworząc mgłę. Gdy przez zjonizowane powietrze, znajdujące się w komorze przejdzie naładowana cząstka, na jonach powietrza następuje kondensacja par alkoholu i w rezultacie obserwujemy smugę mgły układającą się wzdłuż toru cząstki. Ważnym czynnikiem jest dobre oświetlenie komory w dolnych partiach. Najlepiej jest zastosować efekt tzw. „noża świetlnego”, tzn. mocną wiązkę białego światła na całej szerokości komory, o kącie świecenia nie przekraczającym 45°. Dzięki takiemu oświetleniu kontrast pomiędzy zjonizowanym torem cząstki a wnętrzem komory ulega znacznej poprawie.

Uproszczony schemat działania komory Wilsona:

wilson-schemat

Poniżej znajdują się zdjęcia przedstawiające gotowy prototyp wraz ze zdjęciem źródła oraz widocznymi torami cząstek α i β

komora


 


© KNE PW. Adres: Instytut Techniki Cieplnej, ul. Nowowiejska 21/25, 00-665 Warszawa, pokój 013. e-mail: kne@itc.pw.edu.pl