В прошлом веке в школах на уроках физики камеру Вильсона можно было увидеть довольно часто, сейчас же это устройство можно назвать редкостью. И даже мало кто знает, что это за прибор и какого его предназначение. А между прочим, это весьма интересное и занятное устройство, которое каждый может сделать сам у себя дома буквально из подручных средств. Камера Вильсона названа в честь своего изобретателя – Чарлза Вильсона. Именно он в период между 1910 и 1912 годами изобрёл устройство, с помощью которого стало возможно увидеть треки альфа и бета-частиц. Проще говоря, появилась возможность увидеть радиоактивное излучение от некоторых предметов буквально невооружённом взглядом.
Между прочим, радиоактивные предметы - далеко не редкость в нашей повседневной жизни. Возможно, какие-то из них даже есть у вас дома. Ниже представлю список наиболее распространённых «домашних» радиоактивностей. Излучение от них можно будет увидеть в камере Вильсона, сборка которой описывается в этой статье.
• 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
Хоть все эти предметы и обладают повышенной радиоактивностью, но особой опасности для человека не представляют (если, конечно, не пытаться их съесть и не носить ежедневно на теле).
Принцип действия камеры Вильсона основан на явлении конденсации перенасыщенного пара. К герметичной стеклянной камере (в нашем случае это будет стеклянная банка) подключен по шлангу поршень (будем использовать медицинскую грушу). Таким образом, когда поршень опускается, пары спирта внутри ёмкости становятся перенасыщенными. Излучаемые радиоактивными предметами альфа и бета-частицы вызывают конденсацию пара, и мы можем видеть их следы в виде хаотичных полос, распространяющихся от источника.
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.
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
