Kíváncsi, milyen sugárzásban él? Építsen ködkamrát házilag!

Meglepő, de egy házilag is viszonylag egyszerűen elkészíthető eszközzel kimutatható, milyen ionizáló sugárzás vesz körül minket. Építsen velünk ködkamrát, és már holnap sugározhat a boldogságtól! Felhívjuk olvasóink figyelmét, hogy a következőkben leírt kísérletben tűzveszélyes, mérgező és fagyási sérülések okozására alkalmas anyagok szerepelnek. Tulajdonságaikról és a szükséges óvintézkedésekről itt olvashatnak: izopropil-alkohol, szárazjég. Gyerekek szülői vagy tanári felügyelet nélkül ne próbálják ki a leírtakat!

A radioaktív (ionizáló) sugárzásról a legtöbben úgy gondolják, hogy legjobb, ha csak az atomerőművek mélyén üti fel a fejét, és viszonylag kevesen vannak, akik lakásukba invitálnának egy alfa-részecskét, hogy megkínálják egy csésze nehézvízzel. Pedig a sugárzás itt van körülöttünk, ha jóval kisebb mértékben is, mint egy atomreaktorban, és teljesen jól eléldegélünk benne. A sugárzást alkotó részecskék kimutatására számos módszer ismeretes, melyekről azt hihetnénk, milliós műszereket igényelnek, és minimum egyetemi végzettség kell ahhoz, hogy a kapott adatok mögött meglássuk a részecskét. Nos, ennél nagyobbat nem is tévedhetnénk!

Az ionizáló sugárzásról annyit biztosan tudunk, hogy ionizál, vagyis olyan nagy energiájú részecskét kell elképzelnünk, mely, ha találkozik egy békésen arra járó atommal, legalább egy elektront letép róla, így elektromosan töltött részecskét, vagyisiont készít belőle. Ha elég nagy az energiája, ezt több, az útjába tévedő atommal is megteszi, következésképp kósza ionok sorát hagyja maga után. Ha sikerül valahogy láthatóvá tennünk ezeket az ionokat, egyúttal az ioniozáló részecske útjára is fény derül, sőt, még arra is következtethetünk, hogy milyen és mekkora energiájú részecskéről volt szó.

Pontosan erre alkalmas a részecskefizikusok által régóta használt ködkamra, melyben a részecskék nyomán keletkező ionok körül cseppek keletkeznek a kamrát megtöltő túltelített gőzben (mint amikor a köd harmatcseppekként kiválik a fűszálakon). Az amerikai részecskefizikusok nagyközönségnek szánt weblapja, a symmetry részletes útmutatót közölt, hogyan készíthetünk akár saját kamránkban is ködkamrát, mellyel akár még részecskebomlásoknak is tanúi lehetünk.

A következőkben leírt kísérletben tűzveszélyes, mérgező és fagyási sérülések okozására alkalmas anyagok szerepelnek. Tulajdonságaikról és a szükséges óvintézkedésekről itt olvashatunk: izopropil-alkohol, szárazjég. Gyerekek szülői vagy tanári felügyelet nélkül ne próbálják ki a leírtakat!

Hozzávalók

  • Átlátszó falú, lefedhető edény – talán a legjobb választás egy kisebb akvárium
  • Filclap
  • Legalább 90%-os izopropil-alkohol (tisztításra használják)
  • Szárazjég, vagyis fagyott szén-dioxid (hűtésre, fagyasztásra használják)

Utóbbi két anyaghoz nem különösebben nehéz hozzájutni, és a megfelelő óvatosság mellett biztonságosan kezelhetők. Az izopropil-alkohol mérgező, bőrön át is felszívódik, emellett gőzei gyúlékonyak. Amikor ezzel az anyaggal dolgozunk, viseljünk kesztyűt, védőszemüveget, és ne lélegezzük be hosszan a gőzeit. Használata után szellőztessünk a helyiségben, és vigyázzunk, nehogy valamivel véletlenségből meggyújtsuk. A fel nem használt maradékot az oldószerekhez hasonlóan kezeljük veszélyes hulladékként.

A szárazjég rendkívül hideg, -78,5 °C-os, a bőrfelülettel érintkezve súlyos fagyási sérüléseket okozhat, csak hőszigetelő kesztyűvel érjünk hozzá. Ráadásul a szublimálásával folyamatosan termelődő szén-dioxid gáz nehezebb a levegőnél, hosszabb ideig zárt helyiségben tárolva fulladást okozhat (mint a mustgáz a pincében). A kísérlet végén a szellőztetés ezért is ajánlott, és nem jó ötlet a maradék szárazjeget a lakásban tárolni – egyszerűen tegyük ki mások által nem elérhető helyre a szabadba, és pár óra múlva nyoma se marad.

Pár lépésben kész a ködkamra
Pár lépésben kész a ködkamra

Elkészítés

  1. Vágjunk ki a filclapból egy akkora darabot, hogy pontosan lefedje az akvárium alját, és ragasszuk az üveg belső felületére.
  2. Itassuk át a filclapot izopropil-alkohollal úgy, épp teleszívja magát. Ha kicsit többet töltöttünk rá, itassuk fel a felesleget.
  3. Alakítsunk ki szárazjégből vízszintes “ágyat”, és fektessük rá az akvárium fedőlapját.
  4. Fordítsuk az akváriumot fejjel lefelé (a filclap legyen felül), és helyezzük a lefektetett tetőre. Fontos, hogy az akvárium légmentesen illeszkedjen a vízszintes lap felületéhez, ugyanis a réseken behúzó légáramok elronthatják a ködkamránkat.
  5. Várjunk tíz percet, sötétítsük el a szobát, és világítsuk meg oldalról az akváriumot egy lámpával.

Részecskefizika házilag

A filclapból lassan párolgó izopropil-alkohol lesüllyed az akvárium aljára, ahol viszont a szárazjég hidege uralkodik. Az levegő-alkoholgőz elegy ezen a hőmérsékleten túltelített, vagyis az izopropil-alkohol szeretne cseppek alakjában kicsapódni, ha lenne, ami elindítja a cseppképződést – itt segítenek a nagy energiájú részecskék nyomán keletkező ionok.

Ha mindent jól csináltunk, felvillanásokat látunk a ködben, melyeknek valamilyen szinten még az eredetét is megtudhatjuk.

Alfa-részecskék nyomai
Alfa-részecskék nyomai

A rövid, vastag, egyenes csíkok jobbára a levegőben található radon bomlásából keletkező kis energiájú alfa-részecskéket (két protonból és két neutonból álló hélium-atommagokat) jeleznek. Ne aggódjunk, ez a radioaktív nemesgáz a levegőben mindenütt jelen van valamekkora mennyiségben.

Müonok vonalai
Müonok vonalai

A hosszú, egyenes vonalak müonokra utalnak, melyek a légkör molekulái és a kozmikus sugárzás kölcsönhatásából keletkeznek. Egy kis plusz fizika: az, hogy a légkör felső rétegeiben keletkező, egyébként igen gyorsan elbomló müonokat kimutathatjuk a Föld felszínén, a speciális relativitáselmélet egyik kézzelfogható bizonyítéka. A müonok azért “élhetnek” ilyen sokáig, mert nagy sebességük miatt “belső órájuk” lassabban jár, mint a földfelszíni megfigyelőé (ez az idődilatáció).

Elektronok, pozitronok
Elektronok, pozitronok

A cikkcakkos és girbegurba vonalak a kozmikus sugárzás által a levegőben keltett nagy energiájú elektronok és pozitronoknyomai. A levegő molekulái, illetve a közelben levő töltött részecskék elektromos mezője könnyebben eltérítik őket, mint a müonokat, mivel tömegük nagyjából 200-szor kisebb.

Részecskebomlás nyoma
Részecskebomlás nyoma

Végül, ha elágazó vonalat látunk, egy instabil részecske bomlott el a szemünk előtt. Itt már büszkén elmondhatjuk magunkról, hogy amatőr részecskefizikussá léptünk elő.

Ezt az egyszerű ködkamrát eltökéltségünk és fantáziánk függvényében tovább is fejleszthetjük, és megvizsgálhatjuk vele különböző tárgyak sugárzását, mint ezen a videón.

A részecskefizika legfrissebb híreiről itt olvashat további nagyszerű cikkeket.

A cikk eredetileg az Origón jelent meg, itt olvasható.

 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s