Zabawka Gilbert U-238 Atomic Energy Lab - cz. III (elektroskop, zasięg promieniowania)

 To kolejna część podręcznika dołączana do "atomowego laboratorium" firmy Gilbert.

ROZDZIAŁ III

WYKRYWANIE CZĄSTEK ELEKTRYCZNIE

Do tej pory korzystaliśmy z licznika Geigera i komory mgłowej do śledzenia cząstek jądrowych. Nasze obserwacje koncentrowały się na cząstce alfa i promieniowaniu gamma. Odkryliśmy, że cząstka alfa, pomimo swojej wysokiej energii, jest łatwo absorbowana w kilku centymetrach powietrza lub na kartce papieru. Promieniowanie gamma jest w stanie przenikać przez dość grube warstwy materiału, bez problemu przebijając większość książek. W tej sekcji wykorzystamy nowy instrument zwany „elektroskopem”. Za jego pomocą ponownie zbadamy cząstkę alfa i promieniowanie gamma, a dodatkowo, bardziej szczegółowo, zbadamy promieniowanie beta.

Z naszego wcześniejszego doświadczenia wiemy, że cząstka alfa odrywa elektrony od neutralnych atomów i przekształca je w jony. Te jony, czyli atomy obdarzone ładunkiem elektrycznym, normalnie napotykałyby inne elektrony wędrujące w gazie i rekombinowały, tworząc ponownie neutralne atomy. Ale jeśli dysponujemy elektroskopem z komorą jonizacyjną, w której znajduje się elektroda zbiorcza przyciągająca jony, będą one pędzić w kierunku tego drutu tak szybko, że większość z nich nie zdąży zebrać żadnych elektronów i stać się neutralnymi. Ten gwałtowny przepływ jonów przez powietrze komory jonizacyjnej tworzy to, co nazywamy prądem jonizacji .

Rysunek 3-1.
ZDJĘCIE CHŁOPCA REGULUJĄCEGO ELEKTROSKOP

30

---

OBSŁUGA ELEKTROSKOPU

Aby uruchomić elektroskop, podłącz dwa przewody do zacisków Gilbert Dri-Electric Power Pack. (Patrz Rysunek 3-1.) Spowoduje to zapalenie się małej żarówki pod podstawą komory i umożliwi Ci zobaczenie ekranu wewnątrz cienkiej, czarnej tuby. Prawdopodobnie zobaczysz tylko podziałkę na skali. Chwyć czarne pokrętło za tubą obserwacyjną i poruszaj nim, aż wyraźny obraz igły komory jonowej przetnie pole widzenia. (Patrz Rysunek 3-2.) Na początku poruszaj pokrętłem bardzo powoli, aż nabierzesz wprawy w rozpoznawaniu obrazu i przesuwaniu go po polu widzenia. (Patrz Rysunek 3-3.) Następnie obracaj pokrętło ładowania w sposób ciągły, aż włókno znajdzie się na prawo od zera na skali. Teraz obróć pokrętło w przeciwnym kierunku, aby sprowadzić włókno do zera. Lekkie cofnięcie pokrętła zatrzyma ruch włókna. Naładowałeś teraz elektroskop do około 200 woltów.

Ustaw igłę tak, aby pozostawała na poziomie zera. Może się okazać, że igła nie zawsze jest wyraźnie widoczna na całej długości skali. Teraz umieść źródło promieniowania alfa pod komorą i za pomocą zegarka naręcznego zmierz, ile czasu zajmuje igle przesunięcie się wzdłuż skali. (Patrz rysunek 3-4). Im silniejsze źródło promieniowania alfa, tym szybciej igła będzie się poruszać. W ten sposób elektroskopu można użyć do pomiaru radioaktywności alfa.

Rysunek 3-2.
WIDOK PRZEKROJOWY ELEKTROSKOPU

Rysunek 3-3.
WSKAŹNIK I SKALA ELEKTROSKOPU

31

---

Rysunek 3-4.

ŹRÓDŁO ALFA UMIESZCZONE POD ELEKTROSKOPEM

EKSPERYMENTOWANIE Z ELEKTROSKOPEM

Najpierw sprawdźmy, jak zachowuje się elektroskop, gdy w pobliżu nie ma materiałów radioaktywnych. Ustaw igłę elektroskopu tak, aby znajdowała się w położeniu zerowym. Zanotuj czas w zeszycie. Następnie śledź ruch igły wzdłuż skali. Zapisuj położenie igły co kilka minut. Prędkość ruchu igieł powinna być bardzo wolna. Przebycie całej drogi przez skalę powinno zająć kilka godzin. Może się jednak zdarzyć, że prędkość ruchu będzie znaczna. Teraz, kiedykolwiek wykonujesz pomiar ze źródłem radioaktywnym, powinieneś odjąć prędkość ruchu od odczytu. Możesz oczywiście odłożyć przyrząd do mniej wilgotnego dnia, kiedy prędkość ruchu będzie niska.

W poniższych sekcjach przedstawimy eksperymenty, które można wykonać ze źródłami promieniowania alfa, beta i gamma. Podczas wykonywania tych pomiarów należy pamiętać o różnicy między licznikiem Geigera a elektroskopem. Licznik Geigera działa na podstawie przepływu pojedynczego promienia. Elektroskop natomiast nie zlicza każdej cząstki, lecz działa dzięki jonizacji wytwarzanej w elektroskopie przez promieniowanie. Promienie alfa generują najsilniejszą jonizację, dlatego elektroskop jest na nie bardzo czuły. Promienie beta są słabszymi jonizatorami, na które elektroskop jest mniej czuły. Elektroskop jest jedynie nieznacznie czuły na pomiar promieni gamma, które mają bardzo niską moc jonizującą.

32

---

ZAKRES CZĄSTEK ALFA

Z naszych eksperymentów w komorze mgłowej wiemy, że maksymalna odległość (zasięg), jaką cząstka alfa pokonuje w powietrzu, wynosi mniej niż dwa cale. Aby zmierzyć zasięg cząstek alfa w powietrzu za pomocą elektroskopu, należy ustawić instrumenty zgodnie z rysunkiem 3-5. Plastikową skalę z podziałką centymetrową i calową należy przykleić taśmą do skrzynki lub wspornika, na którym znajduje się źródło promieniowania alfa, tak aby koniec zerowego centymetra dotykał ekranu elektroskopu.

Podpora jest wypoziomowana tak, aby źródło promieniowania alfa było ustawione w jednej linii z elektrodą zbiorczą. (Elektroda zbiorcza to mały drut, który można zobaczyć, patrząc od spodu elektroskopu). W ten sposób instrument leży na boku, a rurka elektroskopu jest skierowana do góry. Zauważysz, że skala elektroskopu jest teraz przesunięta, ale nie powinno to sprawić żadnych problemów.

Umieść źródło promieniowania alfa tak, aby rzeczywista powierzchnia substancji emitującej promieniowanie alfa znajdowała się pięć centymetrów od ekranu. Ponieważ metal zawierający materiał radioaktywny znajduje się dwa milimetry od powierzchni plastikowego krążka, oznacza to, że musisz ustawić przednią krawędź plastikowego krążka w odległości 4,8 centymetra od ekranu. Zanotuj szybkość wahań wskaźnika (włókna kwarcowego) w tym położeniu. Upewnij się, że nie naruszasz układu aparatu. Teraz przesuń źródło o jeden centymetr bliżej ekranu. Wykonaj serię odczytów, zmieniając odległość za każdym razem o jeden centymetr, i zapisz dane w zeszycie w schludnym rzędzie cyfr.

Zanim pobierzesz więcej danych, przygotuj szkic kilku posiadanych odczytów, zaznaczając punkty jak pokazano na rysunku 3-8. Następnie spójrz na wykres, zwracając uwagę na miejsca, w których potrzebujesz więcej danych w innych odczytach, aby dokładniej określić zasięg cząstek alfa. Zauważysz, że musisz uzyskać odczyty z odległości od dwóch do trzech centymetrów.

Rysunek 3-5.

USTAWIENIA DO OKREŚLANIA ZAKRESU ALFA

33

---

Rysunek 3-6.

ZASIĘG CZĄSTEK ALFA

metrów od ekranu. Dobrą zasadą jest prowadzenie obserwacji w szerokim zakresie, zanim zaczniesz zbierać dane w małych odstępach czasu. Oszczędza to czas i umożliwia dokładniejszą pracę.

Po zebraniu większej ilości danych i naniesieniu ich na wykres, widać, że do około 2,8 centymetra od ekranu prędkość dryftu jest dość stała, a zatem prąd jonizacji jest dość stały. Przy 2,8 centymetra prąd jonów zaczyna gwałtownie rosnąć i rośnie coraz szybciej, aż do końca skali. Dzieje się tak, ponieważ wraz ze zbliżaniem się źródła do ekranu, w zasięg komory elektroskopu trafia więcej cząstek alfa. Należy pamiętać, że cząstki alfa wyłaniają się z powierzchni źródła, rozchodząc się we wszystkich kierunkach, niczym kawałki popcornu wyskakujące z gorącej patelni. Niektóre z nich będą zmierzać prosto w stronę komory, a inne będą wystrzeliwać w innych kierunkach.

Na pierwszy rzut oka mogłoby się wydawać, że wartość 2,8 centymetra, którą odczytujemy z naszego wykresu, to zasięg cząstki alfa. Nie zgadza się to jednak z podręcznikami, które podają, że zasięg wynosi 3,8 centymetra. Skąd ta różnica jednego centymetra? Jeśli przyjrzymy się uważnie spodniej stronie elektroskopu, zauważymy, że elektroda zbiorcza nie sięga aż do ekranu. Pomiary wykonane za pomocą elektroskopu ogólnego przeznaczenia, takiego jak model Gilberta, wymagają współczynnika korekcyjnego; należy dodać jeden centymetr do zmierzonego zasięgu cząstki, aby uzyskać jej rzeczywisty zasięg, od źródła do komory.

34

---

ABSORBCJA CZĄSTEK ALFA

Oprócz pomiaru zasięgu cząstek alfa w powietrzu, możemy zmierzyć ich absorpcję w cienkich arkuszach materiału, takich jak papier. Aby udowodnić, że nawet arkusz zwykłego papieru do pisania jest wystarczająco gruby, aby absorbować cząstki alfa, należy umieścić źródło promieniowania alfa na małym kartonowym pudełku lub innym podłożu, tak aby przylegało do ekranu elektroskopu.

Możesz wykonać ten eksperyment, trzymając instrument prawą stroną do góry, ale uważaj, aby plastikowe źródło światła nie przechyliło się na małej nakrętce mocującej lampę do ekranu. W tej pozycji źródła alfa zmierz prędkość dryftu – powinna być bardzo wysoka. Zdejmij źródło alfa z ekranu i umieść na nim pojedynczą kartkę papieru, a następnie umieść źródło pod ekranem jak poprzednio.

Szybkość dryfu powinna być teraz znacznie mniejsza, w zależności od grubości użytego papieru. Możesz przeprowadzić serię eksperymentów z bardzo cienką bibułką. Na przykład, pojedynczy arkusz papieru cebulowego (takiego jak papier kalkowy do maszyn do pisania) pozwoli na przedostanie się części cząstek. Jeśli użyjesz dwóch arkuszy zwykłego papieru cebulowego, okaże się, że to wystarczy, aby zatrzymać wszystkie cząstki alfa. Zobacz rysunek 3-7, aby zapoznać się z absorpcją promieniowania alfa, beta i gamma.

Rysunek 3-7.

ABSORBCJA PROMIENI ALFA, BETA I GAMMA

35

---

INNE EKSPERYMENTY Z CZĄSTKAMI ALFA

Istnieje wiele innych eksperymentów, które możesz przeprowadzić z cząstkami alfa emitowanymi przez źródło promieniowania alfa. Mamy nadzieję, że sam wymyślisz eksperymenty i przeprowadzisz je w sposób systematyczny. Najpierw zadaj sobie pytanie, jaką właściwość promieniowania alfa chcesz zbadać, a następnie zaplanuj eksperyment.

Można wykonać bardzo prosty gadżet, który wytworzy wiązkę promieni alfa, nie dając jednak możliwości zmiany kierunku rozchodzenia się cząstek alfa ze źródła tak, aby poruszały się w jednym kierunku.

Ale postępuj zgodnie z tą procedurą: weź małą tubę papierową lub małe pudełko papierowe, takie jak do etykiet z klejem. Zrób dziurki w obu bokach pudełka i umieść je nad źródłem cząstek alfa. Z drugiego otworu wyjdą tylko te cząstki, które poruszają się w tym samym kierunku co dwa otwory. W rzeczywistości stworzyłeś wiązkę promieni alfa. Liczba cząstek alfa w tej wiązce będzie niewielka, ponieważ uzyskałeś ją, eliminując dużą liczbę cząstek.

WYKORZYSTANIE PROMIENI GAMMA I ELEKTROSKOPU

Zamontuj źródło promieniowania gamma na małej obudowie tak, aby było ustawione w jednej linii z elektrodą zbiorczą elektroskopu, tak jak zrobiliśmy to w przypadku źródła promieniowania alfa do pomiarów zasięgu. Wykonaj serię odczytów, zaczynając od odległości między źródłem a ekranem wynoszącej 12 cali i rozmieść obserwacje w odległościach 6, 4, 3, 2, 1 i 0 cali.

Pamiętaj, że rzeczywiste położenie materiału radioaktywnego wewnątrz plastikowego krążka znajduje się 1,25 cm od powierzchni. Nanieś dane na wykres jak poprzednio. Zamiast oznaczać pionową oś krzywej jako „prędkość dryftu”, będziemy teraz bardziej dorośli i nazwiemy ją prądem jonizacji, ale nadal możemy używać tych samych jednostek, czyli jednostek na minutę.

Zauważysz, że użycie elektroskopu jest znacznie łatwiejsze niż próba przeprowadzenia tego samego eksperymentu z licznikiem Geigera. W przypadku elektroskopu wystarczy wykonać odczyt, odstawić urządzenie na chwilę, a następnie wrócić i wykonać kolejny odczyt. Co więcej, urządzenie jest dość dokładne. Aby to zademonstrować, możesz teraz powtórzyć eksperyment pomiaru absorpcji promieniowania gamma w materiale stałym.

EKSPERYMENTOWANIE Z CEGŁAMI

Najpierw spróbujmy zbudować coś z klocków. Połóż elektroskop na boku i umieść źródło promieniowania gamma w odległości około 23 cm od ekranu. Możesz sprawdzić prąd jonizacji w tym miejscu, dokonując odczytu. Po każdej obserwacji wykonaj serię pomiarów, dodając kolejny klocek. W ten sposób możesz skonstruować krzywą absorpcji, po prostu nanosząc prąd jonizacji na grubość klocka między źródłem a elektroskopem. Dokładne wyniki będą zależeć od konfiguracji oraz rodzaju użytego klocka.

36

---

Ciężka cegła pochłonie więcej promieniowania gamma niż lekka. Z drugiej strony, małe cegły pozwolą na rozproszenie części promieniowania wokół siebie i dotarcie do komory elektroskopu bez przechodzenia przez cegłę. Zasadniczo, grubość cegły wynosząca 5–7,5 cm (5–7,5 cm) zmniejszy intensywność promieniowania gamma o około połowę.

Oprócz użycia cegieł jako absorberów, spróbuj użyć innych materiałów, takich jak drewno, beton, aluminium, żelazo i ołów. Możesz również z powodzeniem spróbować użyć wody i ziemi jako absorberów. Wymaga to użycia pojemnika do przechowywania ziemi lub wody. Jeśli uda Ci się zdobyć trochę ołowiu, spróbuj zbudować haubicę promieni gamma . Możesz to zrobić w następujący sposób: wywierć otwór o średnicy 1/2 cala w bloku ołowiu i umieść źródło promieniowania gamma na końcu tego otworu, otaczając je blokami ołowiu, tak aby wiązka promieni gamma wychodziła przez otwór. Jeśli ołów nie jest pod ręką, spróbuj użyć rury o średnicy 1/2 cala i otocz ją ciężkim metalem. Następnie możesz przeprowadzić eksperymenty absorpcyjne na belce i zanotować różnicę w absorpcji, jaka z tego wynika.

Haubica wytwarza słabą wiązkę, dlatego będziesz musiał dokładniej wykonywać pomiary, ponieważ prądy będą mniejsze i uzyskanie dokładnych danych zajmie więcej czasu .

CZĄSTKA BETA LUB PROMIEŃ BETA

Widzieliśmy już, że nasz licznik Geigera ma ścianki wystarczająco cienkie, aby przepuszczać cząstki beta, i zmierzyliśmy absorpcję promieniowania beta, stwierdzając, że jest ono bardziej przenikliwe niż cząstki alfa, ale mniej niż promieniowanie gamma. Przyjrzymy się teraz promieniom beta dokładniej, używając elektroskopu, który dostarczy nam nowych danych na ich temat.

Eksperymenty ze źródłem cząstek beta muszą być przeprowadzane ostrożnie. Bezpośrednio przekonamy się, że obecność jakichkolwiek obiektów w pobliżu źródła beta może powodować wyraźne rozproszenie elektronów. Dlatego wykonując dowolny eksperyment, musimy upewnić się, że zachowamy te same warunki eksperymentalne, aby móc porównywać wyniki. Jeśli w jednym zestawie eksperymentów pomiary przeprowadzamy na betonowej podłodze, a w innym na stole z jasnego drewna, istnieje prawdopodobieństwo uzyskania różnych wyników.

Jako pierwszy eksperyment zmierz natężenie prądu jonowego w elektroskopie dla różnych odległości źródła od komory i nanieś wyniki na wykres w standardowy sposób. Uważaj, aby elektroskop i źródło beta znajdowały się w jednej linii. Możesz to zrobić, solidnie mocując źródło beta do jakiegoś obiektu, takiego jak pudełko, i przesuwając tylko elektroskop. Dobrym pomysłem jest przeprowadzenie eksperymentu na cienkiej sklejce, do której możesz przymocować źródło beta w pozycji pionowej taśmą klejącą. Możesz również zaznaczyć odległości bezpośrednio (w calach i centymetrach za pomocą plastikowej linijki) na powierzchni sklejki.

Dokładny kształt krzywej intensywności cząstek beta w funkcji odległości, jaką uzyskasz, będzie zależał od konfiguracji eksperymentu. Można się o tym przekonać, montując źródło promieniowania beta i elektroskop w pewnej odległości od powierzchni i wykonując serię pomiarów w powietrzu z niewielką ilością materiału stałego w pobliżu źródła lub komory. Porównaj te wyniki z danymi uzyskanymi na blacie stołu.

37

---

ZASIĘG PROMIENI BETA

Chociaż nie możemy dokonać rzeczywistego pomiaru zasięgu cząstek beta w powietrzu, możemy dokonać dokładnego pomiaru zasięgu w niektórych materiałach, takich jak szkło, papier, pleksiglas czy aluminium. Wszystkie te materiały są powszechnie dostępne w domu lub w sklepie z narzędziami. Aluminium jest materiałem zazwyczaj używanym do wykonywania testów zasięgu beta. Najlepiej sprawdzają się cienkie arkusze aluminium.

Przymocuj źródło promieniowania beta do stołu lub sklejki za pomocą niewielkiej ilości taśmy klejącej. Ustaw elektroskop pionowo i ustaw go tak, aby nogi równomiernie obejmowały źródło. Zaznacz ołówkiem położenie nóg, aby łatwo było ustawić elektroskop w tej samej pozycji za każdym razem. Bez absorbera sprawdź natężenie prądu jonizacji. Następnie, nasuwając jedną warstwę materiału na źródło, wykonaj dokładny pomiar, zapisz dane i dodaj kolejną warstwę. Pamiętaj, aby poświęcić czas na obserwacje, ponieważ kolejne warstwy materiału będą dodawane do źródła, w przeciwnym razie odczyty będą niedokładne.

Twoje wyniki, po naniesieniu na wykres, powinny wyglądać jak krzywa przedstawiona na rysunku 3-8. Wyniki przedstawione na ilustracji zostały uzyskane z użyciem grubej tektury jako absorbera. Linia przerywana na rysunku 3-8 ilustruje, jak wyglądałaby krzywa dla aluminium.

Rysunek 3-8.

ZAKRES CZĄSTEK BETA Z Rh-106

38

---

RUDY RADIOAKTYWNE I ELEKTROSKOP

Radioaktywne rudy spowodują również ruch wskaźnika elektroskopu. Kontynuuj ten eksperyment tak samo, jak w Sekcji I, używając rudy autunitu z licznikiem Geigera.

ZAGROŻENIA RADIOAKTYWNE

Mówimy o zagrożeniach związanych z promieniowaniem alfa i beta jako o zagrożeniach wewnętrznych , ponieważ generalnie są one szkodliwe tylko wtedy, gdy dostaną się do wnętrza organizmu. Widzieliśmy, że te cząstki nie przenikają tak głęboko jak promieniowanie gamma, ale mogą być szkodliwe, ponieważ gdy już dostaną się do organizmu, pozostają tam prawdopodobnie przez całe życie.

Jak widzieliśmy, cząstki alfa pokonują w tkance jedynie niewielką odległość, ale mogą wyrządzić znaczne szkody, jeśli tkanka ta odgrywa ważną rolę w funkcjonowaniu organizmu. Jeśli coś takiego jak rad odłoży się w kościach, skąd może wystrzelić cząstki alfa do szpiku kostnego z bliskiej odległości, może to spowodować poważne uszkodzenia. Może się to zdarzyć, jeśli rad zostanie wdychany lub w jakiś sposób przedostanie się do organizmu.

Więcej informacji na temat zagrożeń radiacyjnych podamy w dalszej części podręcznika. Nie alarmuj się tymi informacjami. Mają one jedynie na celu poinformowanie Cię o potencjalnych zagrożeniach. Współczesny świat znacznie wyolbrzymił te zagrożenia. Ludzie często boją się czegoś, o czym niewiele wiedzą. Jedynym sposobem, aby zapomnieć o tych obawach, jest przedstawienie im faktów dotyczących zagrożeń radiacyjnych. W całym podręczniku znajdziesz te fakty, które pokażą Ci, że możesz poradzić sobie z radioaktywnością, jeśli potrafisz ją rozpoznać.

39

Źródło - http://science-notebook.com/gilb-atomic02.html

C.d.n.

***

Zachęcam też do wspierania bloga, zarówno pośrednio, poprzez zakup dozymetrów [LINK], jak i bezpośrednio, przez Patronite lub BuyCoffeeTo 

Zabawka Gilbert U-238 Atomic Energy Lab - cz. II (komora mgłowa)

Zapraszam do lektury dalszego ciągu podręcznika użytkowania zestawu U-238 Atomic Energy Lab, który omawiałem w ostatnim wpisie.

ROZDZIAŁ II

SPOTKANIE Z KOMORĄ MGŁOWĄ

Ze wszystkich instrumentów do badań atomowych, Komora Mgłowa Gilberta jest najbardziej imponująca ze względu na swoją zdolność do pokazywania natury radioaktywności. Możesz się zastanawiać, dlaczego czekaliśmy aż do teraz z omówieniem jej zastosowania. Powodem jest to, że chcieliśmy najpierw przedstawić Państwu promieniowanie gamma, zanim przejdziemy do opisu innych rodzajów promieniowania. Zdarza się, że Komora Mgłowa nie pokazuje śladów promieniowania gamma.

Oto jak złożona jest Komora Mgłowa.

1) Rozłóż kilka gazet lub folię na płaskim stole, aby służyła jako miejsce pracy. Papiery ochronią meble w przypadku rozlania alkoholu lub atramentu. Na stole umieść aluminiową podstawę komory chmurowej (okrągłą płytę z trzema nogami).

Rysunek 2-1.
KOMORA MGŁOWA GILBERTA, GOTOWA DO EKSPLOATACJI

2) Przymocuj gumowy blok montażowy (cylindryczną krawędzią skierowaną do góry) do spodniej części podstawy. (Patrz rysunek 2-2.)

3) Włóż metalową rurkę do gumowego bloku montażowego, długim końcem rurki skierowanym do góry. (Patrz rysunek 2-2.)

4) Do rurki wystającej spodu podstawy przymocuj goły koniec czarnego przewodu oraz plastikową rurkę i gumową gruszkę. Upewnij się, że wszystkie połączenia są szczelne, ponieważ muszą one utrzymywać ciecz bez przeciekania. (Patrz rysunek 2-2).

Rysunek 2.2.
WIDOK OD DOŁU KOMORY MGŁOWEJ GILBERTA

5) Umieść duży korek w szyjce szklanej kolby. Zwilż koniec metalowej rurki, który przechodzi przez dno i delikatnie wkręcając, ściśnij gumowy korek (w kolbie pyreksowej) na metalowej rurce. Upewnij się, że rurka jest zwilżona, w przeciwnym razie nałożenie kolby na rurkę będzie bardzo trudne. Upewnij się, że kolba stoi teraz stabilnie na podstawie i że połączenie jest szczelne. (Patrz rysunek 2-3).

6) Następnie wyjmij korek z górnej części kolby i za pomocą małego lejka dołączonego do zestawu wlej do górnego otworu kolby około pół litra alkoholu izopropylowego. Dowolna marka alkoholu izopropylowego, z wyjątkiem alkoholu aromatycznego, jest odpowiednia. Najlepsze rezultaty daje 70% roztwór alkoholu izopropylowego. Pół litra alkoholu powinno wypełnić komorę kolby do poziomu otworu bocznego.

Rysunek 2-3.
ZABEZPIECZANIE KOLBKI KOMORY MGŁOWEJ

Rysunek 2.4.
SYSTEM OŚWIETLENIOWY I ZESTAW OGNIW GILBERT DRI-ELECTRIC 

7) Kilkakrotnie naciśnij szarą gumową gruszkę, aby usunąć powietrze z układu i sprawdź szczelność wszystkich połączeń. Alkohol może uszkodzić niektóre wykończenia mebli, dlatego należy zachować ostrożność podczas jego stosowania. Podczas naciskania szarej gruszki alkohol może zostać wtłoczony ponad poziom otworu bocznego; aby zapobiec wyciekom, w tym momencie mocno wciśnij gumowy korek (jest on zamocowany w kolbie) w otwór z boku kolby.

8) Teraz dodaj kilka kropli niebiesko-czarnego atramentu do alkoholu. Możesz to zrobić za pomocą pióra wiecznego. Włóż je do górnej części kolby. Należy dodać wystarczającą ilość atramentu, aby zabarwić płynne medium na niebiesko. Zwykły atrament w zupełności wystarczy do tego celu.

9) Załóż z powrotem zatyczkę w górnej części komory.

10) Złóż system oświetleniowy zgodnie z ilustracją. (Patrz rysunek 2-1). Przed wciśnięciem aluminiowych nóżek na miejsce, zwilż gumowe przelotki. Wyrównaj lampy tak, aby środek obudowy lampy znajdował się mniej więcej na poziomie cieczy. Wyreguluj obudowy lamp tak, aby obie lampy były skierowane na środek komory.

11) Podłącz oba czarne przewody z obudowy lampy do jednego zacisku zasilacza Dri-electric. Następnie podłącz żółte przewody do drugiego zacisku. (Patrz rysunek 2-4). Oba światła powinny teraz świecić i można ponownie wyregulować wiązki światła, aby komora była w pełni oświetlona.

12) Pozostał już tylko dejonizator. Podłącz czerwony przewód dejonizatora do metalowego wypustu na gumowym korku kolby. Podłącz czarny przewód od spodu podstawy komory chmurowej do czarnego otworu z boku dejonizatora. Teraz podłącz wtyczkę serwisową do gniazdka elektrycznego – komora chmurowa jest gotowa do pracy.

Teraz, gdy wszystko jest w porządku, ściśnij szarą gumową gruszkę, wymuszając uniesienie się cieczy w komorze. Rób to dość powoli, naciskając gruszkę jednostajnym ruchem. W przeciwnym razie ciecz gwałtownie wytryśnie, co jest niepożądane. Odrobina praktyki pozwoli Ci kontrolować równomierne sprężanie komory. Mówimy „sprężanie”, ponieważ wtłaczając ciecz do kolby, uwięzione powietrze jest wypychane do mniejszej przestrzeni, a tym samym ulega sprężeniu. Szybkie zwolnienie gruszki powoduje spadek poziomu cieczy i rozprężenie gazu.

Jeśli ściśniesz gumową gruszkę, odczekasz chwilę, aż płyn przestanie się poruszać, a następnie puścisz gruszkę, zobaczysz, że drobna mgiełka lub mgła wypełnia przestrzeń powietrzną w komorze. Obserwuj, jak łagodnie opada mgła. Jeśli nie zauważysz tworzenia się mgły, upewnij się, że spełniasz dwie warunki. Po pierwsze, upewnij się, że robisz przerwę po ściśnięciu gruszki. Po drugie, może się zdarzyć, że nie ścisnąłeś jej wystarczająco mocno. Spróbuj tego, a jeśli po kilku próbach nadal nie wytworzysz mgły, prawdopodobnie oznacza to, że w komorze jest za mało płynu. Dodaj kilka uncji alkoholu do komory, a powinieneś być w stanie wytworzyć mgłę.

Jeśli dwa gumowe korki na górze i z boku szklanej kolby są tak luźne, że podczas ściskania gruszki uchodzi z nich powietrze, urządzenie nigdy nie będzie działać prawidłowo. Aby temu zaradzić, zwilż korki i mocno wkręć je do kolby.

Dlaczego w Komorze Mgłowej powstaje mgła? Mgła powstaje w komorze z dokładnie tego samego powodu, co na zewnątrz. Drobne kropelki wody kondensują się na niewidocznych drobinkach kurzu. W przypadku Komory Mgłowej, rozszerzanie się powietrza powoduje jego ochłodzenie, a powietrze zawiera tak dużo pary wodnej (w niewidocznej postaci), że najmniejsze zaburzenie powoduje kondensację tej pary w małe kropelki wody, które są następnie widoczne jako mgła. Bardzo drobne cząsteczki brudu i kurzu w powietrzu wystarczą, aby para wodna skropliła się na tych drobnych cząsteczkach. Właśnie to dzieje się w Komorze Mgielnej, gdy ją ściskamy i rozprężamy.

W przypadku obecności materiałów radioaktywnych, takich jak aktywny drut w komorze Gilberta, emitujących promieniowanie do gazu, obecne będą rozbite atomy lub jony, które również zapoczątkują tworzenie się mgły. Jeśli jony poruszają się wzdłuż ścieżki, mgła utworzy się wzdłuż ścieżki i sprawi, że będzie ona widoczna, pokazując nam miejsce, w którym promień radioaktywny przeleciał przez kolbę ułamek sekundy wcześniej. Będzie to wyglądać jak smugi kondensacyjne, które czasami tworzą wysoko latające samoloty na bezchmurnym niebie.

EKSPERYMENTY Z MGŁĄ

Zanim rozpoczniemy nasze eksperymenty z chmurami śladów cząstek, zobaczmy, czego możemy się dowiedzieć o samej mgle. Najpierw pokażmy, że cząstek, na których tworzy się mgła, w rzeczywistości nie widać. Aby to zrobić, rozszerz komorę kilka razy, aż mgła stanie się rzadsza i wyraźnie dostrzeżesz wirujące linie wewnątrz mgły, gdy opada ona w kierunku powierzchni cieczy. Teraz rozszerz komorę, powodując powstanie mgły, a następnie, zanim mgła zniknie, ponownie ściśnij komorę, aż cała mgła zniknie. Następnie puść gumową gruszkę i zauważ, że widoczna mgła formuje się wzdłuż tych samych wirujących linii, co poprzednio. Oczywiste jest, że te niewidzialne cząstki muszą znajdować się w komorze, gdy nie ma mgły. Nasz eksperyment wychwytuje niewidzialne cząstki i uwidacznia je poprzez tworzenie na nich kropelek.

Rysunek 2-5.
ZBLIŻENIE ŚLADÓW CZĄSTEK ALFA W KOMORZE MGŁOWEJ GILBERTA. CZĄSTKI ALFA PORUSZAJĄ SIĘ Z PRĘDKOŚCIĄ 3 600 000 MIL NA GODZINĘ.

---

Możemy również użyć naszej komory, aby uzyskać superczyste powietrze. W tym celu ściskamy gruszkę kilka razy, pozwalając mgle opadać do cieczy po każdym ściśnięciu. Stopniowo mgła będzie się rozrzedzać i po pewnym czasie przestanie się tworzyć. W tym czasie powietrze nad powierzchnią cieczy będzie superczyste, znacznie czystsze niż powietrze, które można znaleźć w najczystszy dzień.

Inną sztuczką, którą możemy wykonać za pomocą komory, jest stworzenie kolorów wschodu i zachodu słońca. Każdy z nas kiedyś zachwycał się wspaniałym pokazem barw wschodu i zachodu słońca. Kolory te są jeszcze piękniejsze, gdy pojawiają się na chmurach nad horyzontem. Drobne kropelki wody, z których zbudowane są chmury, rozpraszają promienie światła i tworzą wiele odcieni. Możesz stworzyć te kolory zachodu słońca w bardzo małej skali w swojej komorze chmurowej. Spójrz do komory tak, aby patrzeć niemal bezpośrednio na jedno ze świateł, a następnie ściśnij żarówkę do końca i obserwuj kolory wytwarzane we mgle. Lepsze rezultaty można uzyskać, używając tylko jednego suchego ogniwa do zasilania lamp.

ŚLEDZENIE CZĄSTEK ALFA

Ustal położenie radioaktywnego przewodu, przesuwając delikatnie gumową zatyczkę w jedną lub drugą stronę; upewnij się, że koniec przewodu jest skierowany do góry i równo z powierzchnią alkoholu po ściśnięciu gruszki. Naciśnij i szybko zwolnij gumową gruszkę kilka razy; pozwoli to oczyścić komorę i przygotować urządzenie do pracy. Naciśnij gumową gruszkę. Naciśnij czarny przycisk na dejonizatorze i przytrzymaj go przez chwilę. Puść przycisk i szybko zwolnij gumową gruszkę. Obserwuj gęste, białe smugi, które promieniście rozchodzą się z przewodu. (Patrz rysunek 2-5).

Uzyskanie dobrych, wyraźnych śladów wymaga większej staranności niż samo wytwarzanie mgły w komorze. Będziesz musiał spróbować kilka razy, zanim nabierzesz wprawy w tworzeniu śladów alfa. Po ustawieniu źródła promieniowania alfa (radioaktywnego drutu w kolbie), tak aby ani za dużo, ani za mało cząstek nie wydostawało się do przestrzeni powietrznej kolby, możesz zmienić stopień sprężania powietrza, ściskając gumową gruszkę. Podnosząc koniec radioaktywnego drutu, możesz pozwolić na ucieczkę większej liczby cząstek alfa do przestrzeni powietrznej.

Nasze źródło, radioaktywny drut, wystrzeliwuje około 740 cząstek alfa na sekundę. Nie wszystkie z nich wydostają się z powierzchni drutu, a wiele z nich jest absorbowanych przez ciecz, więc po rozszerzeniu komory widać tylko kilka z wielu cząstek wystrzeliwanych w ciągu każdej sekundy ze źródła.

CZY CZĄSTKI ALFA POCHODZĄ Z DRUTU?

Jeśli wątpisz, że cząstki alfa rzeczywiście są wystrzeliwane przez źródło przewodowe, możesz łatwo się o tym przekonać, wykonując bardzo prosty eksperyment. Na tym etapie eksperymentu powinieneś rozwijać dociekliwe podejście do eksperymentów, zanim zostaną one opisane w sposób przypominający książkę kucharską.

Jeśli masz wątpliwości co do stwierdzenia, że ​​cząstki alfa rzeczywiście pochodzą ze źródła (przewodu radioaktywnego), powinieneś zadać sobie pytanie: Jakie fakty

26

---

Czy muszę to udowadniać? Po pierwsze, z naszych eksperymentów wiesz, że ślady alfa zdają się zaczynać na końcu drutu. Po drugie, wiesz, że im więcej drutu jest odsłoniętego, tym więcej śladów alfa jest w kolbie. Na koniec, możesz całkowicie pokryć drut płynem. Po wykonaniu tej czynności wszystkie ślady alfa powinny zniknąć z komory.

Możesz wyciągnąć jeszcze jeden wniosek z przeprowadzonego eksperymentu. Ponieważ pozwoliłeś, aby między drutem znalazła się tylko cienka warstwa cieczy z przestrzeni powietrznej1, widać, że cząstki alfa są łatwo wchłaniane przez ciecz.

ZAKRES CZĄSTEK ALFA

Jedno to powiedzieć, że cząstki alfa są łatwo absorbowane w materii, a drugie opisać tę absorpcję tak, aby każdy mógł mówić o tym samym. Zobaczmy, jak moglibyśmy zdefiniować jednostki, w których można mierzyć absorpcję alfa. Rozszerzając komorę i obserwując ślady cząstek alfa, pierwszą rzeczą, którą zauważysz, jest ich prostoliniowość. Jeśli przyjrzymy się śladom alfa bardzo uważnie, zobaczymy, że ślady naprawdę kończą się w gazie komory. Dostosuj swoje źródło promieniowania alfa (radioaktywny drut) tak, aby znajdowało się znacznie powyżej poziomu cieczy i zauważ, że wiele śladów wystrzeliwuje jak kolce u jeżozwierza i, podobnie jak te kolce, wszystkie mają mniej więcej tę samą długość. Większość śladów wydaje się sięgać około pół cala od ścianki szklanej kolby. Jeśli oszacujemy odległość, jaką pokonuje każdy ślad, okaże się, że wynosi ona około 1-1/2 cala.

Ponieważ wszystkie ślady wydają się mieć mniej więcej taką samą długość, możemy przyjąć za jednostkę miary absorpcji cząstek alfa liczbę cali, jaką cząstka pokonuje przed zatrzymaniem się; odległość tę nazywamy zasięgiem cząstki alfa.

ABSORBOWANIE CZĄSTEK ALFA W CIAŁACH STAŁYCH

Ten eksperyment wymaga od Ciebie pewnych umiejętności, ale powinieneś być w stanie przeprowadzić go bez większych problemów. Postaramy się pokazać, że cząstki alfa wystrzeliwane przez radioaktywny drut nie mogą przeniknąć nawet przez bardzo cienką folię aluminiową.

Aby prawidłowo wykonać folię, wybierz najcieńszą folię aluminiową lub metalową, jaką możesz znaleźć, a następnie uformuj ją wokół tępego końca dużej igły, tworząc nasadkę, którą można nasunąć na końcówkę radioaktywnego drutu. Nałóż nasadkę o długości około pół cala (1,25 cm) i delikatnie nasuń ją na koniec radioaktywnego drutu w komorze mgłowej. Teraz ostrożnie włóż ją z powrotem do komory i dopasuj końcówkę jak poprzednio. Rozszerz komorę kilka razy i sprawdź, czy zauważysz cząstki alfa. Żadne cząstki alfa nie powinny przedostać się przez metalową nasadkę. Twój eksperyment dowodzi, że nawet bardzo cienka folia skutecznie pochłania cząstki alfa.

Uwaga! Podczas korzystania ze źródła promieniowania alfa w komorze mgłowej w tym eksperymencie należy zachować ostrożność. Nie należy odłamywać końcówki ani w żaden inny sposób uszkadzać przewodu radioaktywnego. Jeśli pozostawiasz sprzęt na dłuższy czas, upewnij się, że źródło znajduje się w komorze mgłowej.

FOTOGRAFIA KOMORY CHMUROWEJ

Zdjęcia zazwyczaj wykonuje się za pomocą dużej komory mgłowej, takiej jak przedstawiona na rysunku 2-6. Pokazana komora mgłowa jest znacznie większa niż komora Gilberta i ma kształt cylindryczny. Na górze aparatu znajduje się szklany cylinder, który pełni funkcję komory rozprężeniowej. Sprzęt pokazany poniżej komory służy do rozprężania komory i kontrolowania tego rozprężania.

Zazwyczaj umieszcza się bardzo silne światła wokół komory, a następnie mechanizm, który miga nimi przez ułamek sekundy, tuż po rozszerzeniu komory, jest uruchamiany. Następnie kamera fotografuje ślady. Jeszcze inny typ komory mgłowej pokazano na rysunku 2-7.

Zbudowana na Uniwersytecie Minnesoty, ta prostokątna komora to cud pomysłowości, ponieważ działa zawieszona na ogromnych balonach, które wznoszą się na wysokość nawet 30 000 metrów nad poziomem morza. Tutaj, na rajskim polu łowieckim promieni kosmicznych, sprzęt wykonuje wiele operacji i fotografuje promienie kosmiczne przechodzące przez komorę. Następnie sprzęt opada na ziemię na spadochronach, a film w kamerze jest wywoływany, aby ukazać ślady promieni kosmicznych, które występują 32 kilometry nad ziemią w stratosferze.

Na rysunku 2-7 widać licznik Geigera umieszczony nad komorą. Choć go nie widać, pod komorą znajduje się również kolejny. Oba urządzenia tworzą teleskop, który służy jako detektor, wykrywając przechodzenie przez komorę określonego rodzaju promieniowania kosmicznego. Gdy licznik Geigera wykryje promień, uruchamia kamerę, która wykonuje zdjęcie promienia przechodzącego przez komorę.

Rysunek 2-6.
NOWOCZESNA KOMORA MGŁOWA DO BADAŃ.
Zdjęcie przedstawia cylindryczną komorę używaną na Uniwersytecie Columbia. Szczegóły w tekście.
Zdjęcie dzięki uprzejmości Uniwersytetu Columbia.

Rysunek 2-7.
KOMORA CHMUROWA DO UŻYTKU W STRATOSFERZE.
Urządzenie jest całkowicie automatyczne i wykorzystuje licznik Geigera do „wyzwolenia” ekspansji. Po wysłaniu w górę w gondoli balonu, urządzenie jest zamknięte w aluminiowej kuli o średnicy około 1,2 metra.
Zdjęcie dzięki uprzejmości Wydziału Fizyki Uniwersytetu Minnesoty.

CZĄSTKI BETA w  KOMORZE MGŁOWEJ

Wymaga pewnych umiejętności, aby wyregulować komorę chmurową Gilberta tak, aby uzyskać odpowiednią ilość cieczy i właściwe rozszerzenie, aby uzyskać dobre, wyraźne ślady beta. Ślady alfa (jak niewątpliwie odkryłeś) są łatwe do zobaczenia w komorze. Obróć gumowy korek, który trzyma źródło alfa, tak aby źródło alfa było zanurzone w cieczy. Następnie zamontuj źródło beta na szklanej ścianie komory za pomocą taśmy klejącej. Zobacz 1f, możesz wykryć ślady beta. Wypróbuj również źródło beta w odległości około 30 cm i na poziomie cieczy. Wiele cząstek beta zostanie pochłoniętych przez szklaną ścianę komory, ale ponieważ nasze źródło beta wytwarza bardzo energetyczne promienie, możesz być pewien, że całkiem sporo z nich przejdzie do komory. Nie bądź zbyt rozczarowany, jeśli nie zobaczysz śladów beta. Będzie to osiągnięcie, jeśli je zobaczysz.

Możesz zwiększyć widoczność śladów cząstek, „podkręcając” światło w komorze. Jednym ze sposobów jest zdobycie pary żarówek samochodowych i włożenie ich w miejsce żarówek latarki. (Wymaga to baterii 6 V). Zamiast trzymać je włączone przez cały czas, możesz umieścić przełącznik w obwodzie lampy, aby migały światłami, gdy komora się rozszerza.

C.d.n.

***

Zachęcam też do wspierania bloga, zarówno pośrednio, poprzez zakup dozymetrów [LINK], jak i bezpośrednio, przez Patronite lub BuyCoffeeTo