Как сделать камеру вильсона
Школьная камера Вильсона своими руками
• 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.
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:
Удачным контейнером вполне может выступить обычная пустая стеклянная баночка. Изопропиловый спирт доступен из ассортимента большинства аптек в виде аналога — медицинского спирта.
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 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:
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
Камера Вильсона. Минус 50 Градусов на Элементах Пельтье!
Авторское описание ролика:
«Камера Вильсона на Элементах Пельтье своими руками. Наблюдение треков (следов) высокоэнергетических частиц в камере Вильсона.»
За видео благодарим автора YouTube канала Ruslan Geek.
Дубликаты не найдены
Крафт
1.2K постов 11.7K подписчиков
Правила сообщества
Могли бы быть здесь, но пока не написаны (
А сможете сделать искровой «счетчик Гейгера»?
И еще немного про элементы Пельтье
Кулер неплох, три тепловых трубки, должен отводить 150 ватт тепла. Для китайского элемента tec1-12715 вроде как в самый раз. Но в комнате +25, а на радиаторе всего +12.
Собираем всё это дело, заливаем воду, в комнате +24 ‘С.
Что сказать, такого я не ожидал. Дешёвый китайский водоблок играючи отводит
В этих наших интернетах умно рассуждают про водоблоки с микронасечками, дабы увеличить площадь теплоотдачи, взвешивают водоблок, что бы выяснить количество меди, а тут какой то люминиевый водоблок так себя показывает. Я потрясён, дамы и господа, я потрясён. Уже клею коробку из пенополистирола экструдированного, и скоро у меня будет портативный холодос. Ура.
Автохолодильник за 1000р
Звучит красиво, но таит под собой кучу проблем технического характера. Одна и них в том, что при перевозке муха требует у себе жесткого температурного режима, иначе начнет вылупляться из яиц и ее можно будет выкинуть. Ее уже никак не внести. Только вручную. Ровным слоем на поле 100-150 га.
Температурный режим 2-4 градуса.
Объем яиц 1-2 литра при весе 500 грамм.
Из всех способов доставки самым адекватным оказался автохолодильник. Который изначально авто, а не обычный мини-холодильник через инвертор 12/220В.
Нужно «колхозить». Существует куча роликов, в которых люди делают холодильники на элементах пельтье, у которых температура ниже 9 градусов не опускается (и нашел всего один ролик, где мужик решил переделать кулер для воды под холодильник. Но только собирается. ).
Также куча роликов, где элемент пельтье замораживает капельку воды или вообще на нем растет «борода» из иния. Значит можно получить хорошие низкие значения.
Итак, сам процесс я не фоткал. Да и не нужен он. Все элементарно.
Первый вариант из коробки для рыбы показал свою несостоятельность: тонкие стенки, большой объем (10 литров) и неспособность держать температуру (пока охлаждаем верх, ниж уже нагрелся). Поэтому в Мерлене купил утеплитель из твердого пенопласта, из него вырезал коробку на 4 литра (по факту снов 8 полечилось, делал дополнительно съемную перегородку, чтобы в случае надобности расширить объем камеры). Скрепил стенки длинными саморезами и монтажной пеной. Внутри обклеил фольгированным самоклеящимся утеплителем и швы заделал обычным скотчем за неимением фольгированного. Это для герметичности.
Недавно я наткнулся в подъезде кем-то выброшенный системник, и зная, что меня ждет сборка подобного, разжился в нем блоком питания и радиатором с кулером.
В магазине купил сперва один, а потом в другом еще три элемента Пельтье и термостат, как на картинке. Плюс два радиатора 40х40х10мм.
Все брал в магазинах, т.к. цены примерно, как на али.
Можно применить хитрость и подать на нижний ряд элементов Пельтье меньше напряжения, чтобы компенсировать разницу, но это не приводит ни к чему.
Итак, получился сендвич из:
— кулер холодный (для разгона воздуха внутри камеры. Без него не получается догнать температуру.
Нижний кулер крепится враспор пенопластовыми клиньями. Этого вполне достаточно, чтобы крепко его зафиксировать. А верхний крепится болтами сквозь крышку. В вместо шайб я использовал защитную решетку от этого же кулера.
Я использую 2 элемента Пельтье для мощности охлаждения. Соединение параллельное на 12В.
Два кулера и два Пельтье плюс термореле потребляет от 6.4А до 5.8А (с охлаждением элемента ток падает).
Кулера тоже параллельно, но верхний в обход реле. Это тонкий нюанс, который меня бесил пару дней 🙂 Дело в том, что при отключении питания с Пельтье они начинают резко нагреваться от себя (горячей стороны) и от горячего радиатора. Как следствие, после обесточивания на пограничной температуре, температура в камере резко подпрыгивает и доходит до +8, не смотря на то, что на +4 холодильник включается. А при постоянно работающем верхнем кулере такой проблемы нет.
Красоту потом наведу. Обклею его утеплителем, например.
Итак, имеем холодильник, способный охладить за 15 минут камеру до 0 градусов при окружащей среде +25 градусов.
Пиалку теплой воды охлаждает до +2 за 30 минут.
— утеплитель пенопласт 140 р
— пена монтажная 120 р
— скотч канцелярский бесплатно
— утеплитель фольгированный бесплатно (был)
— радиатор холодный 100 р (за 2 шт)
— радиатор горячий с кулерами бесплатно (были)
— элемент пельтье 300 р (за 2)
— разъем для прикуривателя бесплатно (снял с походного кипятильника 100р из Ашана с меняным вменяемым кабелем)
— резистор переменный 250 р (проверял, на сколько надо понизить напряжение, чтобы применить каскадное расположение)
— ящики под рыбу 400 р (за 2 шт)
— Пельтье 300 р (еще за 2)
— система жидкостного охлаждения 200 р (подумал, что она более эффективно отводит тепло, и это решит мои проблемы с охлаждением. Ерунда. Площадка для отвода маленькая, мощность низкая. В целом, наверное, сравнима. Ее единственный плюс в габаритах. И нужно на каждый Пельтье свою систему).
Можно было, конечно, струной вырезать корпус, чтобы ровнее. Соорудить терморезак, чтобы вырезать внутренности. Можно было что-то иначе сделать, но получилось, как получилось. Функцию свою выполняет. Возможно второй экземпляр сделаю иначе.
Думаю, подключить через аккумулятор и попробовать через ТК отправить. Как раз на 3 суток хватит заряда. До МСК доедет, а там уже до Тулы на машине можно. Только не знаю, как быть с горячим контуром и отводом тепла, если, например, в коробку все сунуть.