Vollautomatische Diffusionsnebelkammer

Hier können Erfahrungsberichte zu Experimenten auch formlos geschrieben werden.

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Lithiumoxalat
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Vollautomatische Diffusionsnebelkammer

Beitrag von Lithiumoxalat »

Guten Abend,

gerne möchte ich euch mein neuestes Projekt vorstellen (oder eigentlich ein altes Projekt, das erst jetzt langsam fertig wird :) )

Die Idee eine Diffusionsnebelkammer zu bauen hatte ich schon ziemlich lange, aber das Projekt ist dann durch verschiedene Gründe immer wieder liegen geblieben. Entstanden ist nun eine Diffusionsnebelkammer mit einer Beobachtungsfläche von etwa 17 X 17 cm. Die Nebelkammer ist so gebaut, dass alles vollautomatisch funktioniert und dass sie auch ohne Problem längere Zeit am Stück auch unbeaufsichtigt laufen kann. Sie besitzt eine Pumpe, die laufend Isopropanol in die Verdampferrinne pumpt und die Verdampfertemperatur wird durch einen Temperaturregler automatisch gesteuert.

Bild
Die Nebelkammer, Die ganze Ansteuerung ist etwas größer geworden als anfangs geplant, jedenfalls kommen darunter dann noch robuste Rollen, dass die Kiste einigermaßen mobil ist. Die Obere Abdeckung, die Beleuchtung, der Kammerdeckel und die linke und hintere Gehäuseverschalung sind noch nicht fertig. Ebenfalls werde ich noch einen „Ionensauger“ und ein Temperaturmessgerät für die Bodenplattentemperatur hinzufügen.
Anfangs hatte ich große Probleme mit störenden Wirbelbildungen in der Kammer. Durch das, dass ich die Kammer um etwa 6 cm niedriger gemacht habe kann ich nun mit der Verdampfertemperatur bis auf 60°C hochfahren, ohne Wirbelbildung.
Bild
Erste Nebelspur, von den weiteren Versuchen (mit deutlich besserem Ergebnis) habe ich noch keine Fotos gemacht, das ergänze ich dann später noch.

LG
Lithiumoxalat

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mgritsch
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Beitrag von mgritsch »

Wow, eine Nebelkammer hätte mich auch schon immer interessiert... so richtig greifbare Visualisierung von Teilchen :)
Könntest du evtl mal mit einem Überblick über die Konstruktionsprinzipien/-elemente beginnen? Die bisherigen lassen den Aufbau nicht so richtig erkennen...

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Uranylacetat
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Beitrag von Uranylacetat »

Da kann ich mich nur mgritsch anschließen; super! :thumbsup: So ein "Experimentier-Spielzeug" <lach> hat mich auch schon immer fasziniert... :wink:
"Der einfachste Versuch, den man selbst gemacht hat, ist besser als der schönste, den man nur sieht." (Michael Faraday 1791-1867)

Alles ist Chemie, sofern man es nur "probiret". (Johann Wolfgang von Goethe 1749-1832)

„Dosis sola facit venenum.“ (Theophrastus Bombastus von Hohenheim, genannt Paracelsus 1493-1541)

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Lithiumoxalat
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Beitrag von Lithiumoxalat »

Danke,
ich werde noch detailliertere Fotos machen.
Im Grunde genommen ist das Prinzip recht einfach:
Die Kammer besteht aus Glas, außer die Bodenplatte, sie ist aus Metall gefertigt, und mit Wärmeleitsilikon (Silikon mit Aluminiumoxid) auf das Heizelement eines Tiefkühlers geklebt ist. Der restliche Teil, des relativ großen Kühlelements ist gut mit PU-Schaum isoliert. So erreiche ich (mit Dampflast) eine Bodenplattentemperatur von etwa -30°C.
Im Oberen Teil der Glaskammer sitzen zwei Rinnen aus verlötetem Stahlblech, die miteinander verbunden sind. In jeder Rinne liegt eine Heizkette aus fünf 1 &Omega; Widerständen (also insgesamt 10 &Omega;), die als Heizelement dienen. Die eine Rinne hat zudem noch einen Anschluss (ein Kupfer kapillarrohr), durch dieses wird mit einer Peristaltikpumpe kontinuierlich Isopropanol in die Rinne gepumpt. Das überflüssige Isopropanol fließt dann über einen Überlauf auf die Bodenplatte, und von dort aus dann wieder durch ein Kupferrohr zum Vorratsgefäß. In der Verdampferrinne sitzt zusätzlich noch ein Temperatursensor (Typ K), der an den PID-Regler angeschlossen ist.



Hier noch ein Paar Fotos:

Bild
Das Kühlgerät, die weiße Platte war vorher an der Rückwand des Tiefkühlers montiert.

Bild
Die Kammer von oben ohne Deckplatte. In der hinteren Rinne sieht man links und rechts die Kupferkapillaren als Zu- und Abfluss.

Bild
Hier sieht man im Vordergrund die Pumpe und dahinter das Vorratsgefäß. Links sieht man das Kühlaggregat und rechts oben den PID-Regler. Hinter dem PID-Regler befindet sich noch ein PC-Netzgerät das als Stromversorgung für die Pumpe, die Heizung und später auch noch für die Beleuchtung und die HV-Quelle dient.

LG
Lithiumoxalat

PS: Bald kommen dann noch Versuche mit Hochvakuum...

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lemmi
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Beitrag von lemmi »

Du bist offenbar ein begnadeter Bastler! Wir haben hier schon einen thread zu einer Nebelkammer. Die war auch schon mit einigem Bastelaufwand verbunden, aber deine ist viel professioneller.

Jetzt erwarte ich aber tolle Fotos! Mindestens eine Paarbildung sollte dabei sein 8)
"Alles sollte so einfach wie möglich gemacht werden. Aber nicht einfacher."(A. Einstein 1871-1955)

"Wer nur Chemie versteht, versteht auch die nicht recht!" (G.C. Lichtenberg, 1742 - 1799)

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Lithiumoxalat
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Beitrag von Lithiumoxalat »

Danke!
Ja, Fotos vom Betrieb muss ich noch einige machen. Durch einleiten von Radon habe ich allerdings das letzte mal gerade das ganze Gleichgewicht gekippt. Ein weiterer Versuch mit viel verdünnterem Radon war dann erfolgreicher, wo man auch schön einige &alpha; Paare gesehen hat.
Ich werde am Wochenende nochmals etwas herumexperimentieren. Mein Ziel war es eine Kammer zu bauen, die man einfach einschalten und benutzen kann, so dass sie auch für Vorführungen z.B. im Physikunterricht oder in einer Ausstellung taugt. Allerdings ist sie etwas groß geworden, was die Mobilität etwas einschränkt (Transport zu einem Forentreffen könnte schon schwieriger werden...).
Vielleicht baue ich aus einer Eismaschine mal noch eine etwas kleinere Version...

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Uranylacetat
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Beitrag von Uranylacetat »

Hallo oxalsaures Lithium,

bin echt begeistert von Deiner "Nebelkammer-Anlage" und finde es toll, dass Du durch Bericht und Fotos uns daran teilhaben lässt! :wink:

Ja, die alphastrahlenden Substanzen sollten sollten nicht zu konzentriert eingebracht werden. Hier ist weniger oft mehr...
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mgritsch
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Beitrag von mgritsch »

Lithiumoxalat hat geschrieben:Durch einleiten von Radon habe ich allerdings das letzte mal gerade das ganze Gleichgewicht gekippt. Ein weiterer Versuch mit viel verdünnterem Radon war dann erfolgreicher, wo man auch schön einige α Paare gesehen hat.
Ich werde am Wochenende nochmals etwas herumexperimentieren. Mein Ziel war es eine Kammer zu bauen, die man einfach einschalten und benutzen kann, so dass sie auch für Vorführungen z.B. im Physikunterricht oder in einer Ausstellung taugt. Allerdings ist sie etwas groß geworden, was die Mobilität etwas einschränkt (Transport zu einem Forentreffen könnte schon schwieriger werden...).
Vielleicht baue ich aus einer Eismaschine mal noch eine etwas kleinere Version...
wow, Radon, wie kommt man an sowas?

Von der Konstruktion her - also wenn ich es richtig verstehe hast du eine Gefriertruhe ausgeschlachtet und das Kühlaggregat bzw -element ist die Basis. Auf die hast du eine Box drauf gemacht (was sind das für Dimensionen? so 20x20x20 cm?) mit Metall-Boden (Kupferblech?) und Glas-Wänden, rundherum mit PU-Schaum isoliert und fixiert...
Oben hast du in der Box zwei Rinnen in denen Isopropanol ist das beheizt wird (welche Spannung/Leistung hast du an den 10 ohm, in Serie oder parallel? auf welche Temperatur regelst du es?) bzw über einen Überlauf auch mit dem Boden als Reservoir zirkuliert.
Hochspannung dient IIRC nur dazu die ionisierten Teilchen in "geordnete Bahnen" zu lenken, ist aber für die Funktionalität der Kammer sonst nicht entscheidend, oder? Wenn man da zB ein Stückchen Uranerz hinein legt dann solten von dem auch so Nebelspuren weggehen?

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lemmi
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Beitrag von lemmi »

mgritsch hat geschrieben:wow, Radon, wie kommt man an sowas?
Vermutlich hat er einfach die Luft aus einem Gefäß mit Thoriumsalz genommen. Da ist reichlich Radon drin enthalten.
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Uranylacetat
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Beitrag von Uranylacetat »

Ein Thoriumsalz für die "Emanation" wäre auch mein Tipp. So nannte man das Radon in den Anfängen der Erforschung von Radioaktivität.... :wink:
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Lithiumoxalat
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Beitrag von Lithiumoxalat »

Ja, das Radon stammt aus einem Gefäss, das Thoriumnitrat enthält (man kann z.B. radioaktive Glühstrümpfe verwenden, die Thoriumnitrat bzw. Thoriumoxid enthalten).
@ mgritsch: Ja, ich habe das Kühlagregat einer kleinen Gefriertrue verwendet (ist allerdings nicht die beste Lösung, da sehr gross und sperrig, und sehr müsam um es unbeschadet aus der Gefriertrue auszubauen).
Die Bodenplatte ist etwa 18 X 18 cm gross und besteht aus Messingblech (zuerst wollte ich Kupferblech verwenden, das ist aber beim Löten schiefgegangen, und dann hatte ich gerade nur noch Messingblech da).
Die Widerstände sind alle Seriell geschaltet (also die ganze Kette hat 10 Ohm) welche mit 12 Volt betrieben wird (=12 Watt Heizleistung).
Die Optimalen Bedingungen bei dieser Kammer sind 60°C Verdampferrinnentemperatur bei einer Bodenplattentemperatur von -30°C.
Versuche mit Uranerz in der Kammer werde ich noch machen, allerdings muss man vermutlich mit sehr kleinen Stückchen experimentieren, da z.B. Pechblende ziemlich stark strahlt, was die Kammer dann schnell überfordern würde.

Heute oder morgen werfe ich die Kammer nochmals an und versuche noch ein Paar bessere Fotos zu machen. Nachher werde ich dann das "Drumherum" noch fertig bauen, allerdings habe ich leider etwas Zeitmangel für meine Privaten Projekte (und wenn man am wenigsten Zeit hat kommen dann die besten Ideen...).

LG
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mgritsch
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Beitrag von mgritsch »

Okay, dann hatte ich die Größe nicht schlecht geschätzt ;)
Was mir noch nicht ganz klar ist: wozu die Pumpe? Du pumpst -30° kaltes iProp vom Boden hoch und lässt es mit 60° überlaufen? Erschwert das nicht wahnsinnig das kalt halten? Wäre es auch okay einfach das verdampfte iProp nachzufüllen und das ansammeln unten durch Kondensation zu akzeptieren?

(Randnotiz: bei 10 Ohm Widerstand und 12 V fließen 1,2 A, das gibt dann 1,2 x 12 = 14,4W :) )

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Lithiumoxalat
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Beitrag von Lithiumoxalat »

Die Pumpe füllt das verdampfende Isopropanol nach, allerdings pumpt sie leicht mehr volumen nach oben, als verdampft wird (höchstens das doppelte Volumen). Das Volumen ist allerdings so klein (etwa 1 Tropfen pro Sekunde), dass dies praktisch kein Einfluss auf die Temperatur hat. Die Pumpe pumpt das Isopropanol vom Vorratsgefäss hoch, welches etwa Raumtemperatur hat.

Achja, bei der Heizleistung hat sich bei mir irgendwie ein Denkfehler eingeschlichen, Du hast natürlich recht.

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Lithiumoxalat
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Beitrag von Lithiumoxalat »

So,
hier nun mal ein paar Fotos von &alpha;-Teilchen. Das Fotografieren war recht schwierig, auch die Beleuchtung und der Boden der Kammer ist noch nicht optimal. Is ist mir aber dennoch gelungen ein typischer Radonzerfall mit der Kamera einzufangen :D :



Bild
Ein &alpha;-Teilchen

Bild
Noch ein &alpha;-Teilchen

Bild
Typischer Radonzerfall, man sieht die beiden &alpha;-Teilchen die nahezu aus demselben Punkt beginnen :D .

Für weitere Experimente hatte ich leider dieses Wochenende keine Zeit. Die Temperaturen der Kammer waren bei den Fotos 60°C (Rinne) und -30°C (Bodenplatte).

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lemmi
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Beitrag von lemmi »

Schöne Fotos!
Lithiumoxalat hat geschrieben:Typischer Radonzerfall, man sieht die beiden α-Teilchen die nahezu aus demselben Punkt beginnen :D
Wieso zwei Alphateilechen? In einem Zerfallsprozess? Ist das nicht was anderes? Paarbildung vielleicht?

Hast du mal eine Weile beobachtet ohne irgendwelches radioaktives Material in der Kammer zu haben? Ab und zu sieht man ja auch Spuren von Höhenstrahlung oder eben spontane Paarbildungsprozesse. Im Deutschen Museum in München stand immer eine Nebelkammer, ganz ähnlich deinem Bauprinzip (da wurde auch Isopropanol in einer Rinne verdampft und der Boden gekühlt) nur viel größer. Da konnte man ständig Spuren sehen, ohne dass eine Strahlungsquelle angebracht war.
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