Download
cloud chamber n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Cloud Chamber PowerPoint Presentation
Download Presentation
Cloud Chamber

Cloud Chamber

395 Views Download Presentation
Download Presentation

Cloud Chamber

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. Cloud Chamber ห้องหมอก โครงการวิจัยฟิสิกส์และวิทยาการก้าวหน้าสำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ

  2. Cloud chamber • Cloud chamber คือ อุปกรณ์หรือเครื่องมือที่ใช้ตรวจวัดอนุภาคมูลฐาน และ อนุภาคอื่นๆที่ทำให้เกิดไอออน Cloud chamberแบ่งได้ 2 ชนิด คือ 1. Expansion cloud chamber 2 .Diffusion cloud chamber

  3. ประวัติ • ปี 1880 (พ.ศ. 2423) นาย John Aitkenวิศวกรชาวสก๊อตได้ทำการทดลองสร้างเมฆจำลองเพื่อที่จะศึกษาการก่อตัวของเมฆ พบว่าเมฆก่อตัวจากการที่ไอน้ำเกาะตัวกันโดยมีฝุ่นละอองเป็นแกนกลาง • ปี 1894 (พ.ศ. 2437) นักฟิสิกส์ชาวสก็อต C.T.R Wilsonได้สังเกตเห็นปรากฏการณ์ของแสงอาทิตย์บนก้อนเมฆ จึงจะพยายามเลียนแบบเหตุการณ์นั้นขึ้นอีกในห้องทดลองโดยใช้วิธีของAitkenสร้างเมฆพบว่าไม่เพียงฝุ่นละอองเท่านั้นที่เป็นแกนกลางแต่ยังมีแกนกลางชนิดอื่นที่ยังตรวจสอบไม่ได้ Wilson

  4. ปี1895 (พ.ศ. 2438) ได้มีการค้นพบรังสีX-rays โดย Wilhelm Röntgen • ปี1897 (พ.ศ. 2440)Wilsonได้ทำการทดลองอีกครั้งเพื่อค้นหาแกนกลางชนิดอื่น -Wilsonได้ใช้x-rayเพื่อทำให้เกิดionในอากาศ ผลก็คือไอน้ำจับตัวกันเป็นเมฆจำนวนมาก -Wilsonได้ใช้สนามไฟฟ้าเพื่อดึงionออก ผลปรากฏว่าไม่สามารถเกิดเมฆได้ Wilsonจึงสรุปว่าอนุภาคมีประจุไฟฟ้าก็สามารถเป็นแกนกลางในการจับตัวกันของไอน้ำได้ • ปี1910 (พ.ศ. 2453) Wilsonได้คิดวางแผนที่จะทดลองโดยใช้สารกัมมันตรังสีเพื่อที่จะสังเกตtrackของอนุภาคกัมมันตรังสี • ปี1911 (พ.ศ. 2454) Wilsonได้ถ่ายภาพอนุภาคAlphaที่สังเกตได้จากcloud chamberเป็นรูปแรกของโลก Röntgen Expansion cloud chamber

  5. ปี1927 (พ.ศ. 2470) Wilsonได้รับรางวัล Nobel สาขาฟิสิกส์ จากผลงานที่เกี่ยวกับcloud chamber • ปี1939(พ.ศ. 2482) Dr.Alexander Langsdorf.Jrได้พัฒนาcloud chamberอีกชนิดหนึ่งขึ้นมา คือชนิดDiffusion cloud chamber Diffusion cloud chamber

  6. หลักการทำงานของDiffusion cloud chamber ใน Diffusion cloud chamber นั้นบรรจุไอของแอลกอฮอล์แทนที่ไอน้ำซึ่งต่างจาก Expansion cloud chamber หลักการคืออาศัยความแตกต่างของอุณหภูมิของส่วนบนของcloud chamberที่มีอุณหภูมิใกล้เคียงอุณหภูมิห้องกับส่วนล่างที่ถูกทำความเย็นโดยน้ำแข็งแห้ง ไอแอลกอฮอล์ที่ระเหยจากส่วนบนจะค่อยๆตกลงสู่ด้านล่าง ทำให้เกิดภาวะ Supersaturation ของไอแอลกอฮอล์ที่พื้นผิวด้านล่าง นี้คือเงื่อนไขสำคัญของ Diffusion cloud chamber

  7. เมื่ออนุภาคกัมมันตรังสีวิ่งผ่านเข้ามามันจะชนเข้ากับโมเลกุลของแอลกอฮอล์ทำให้อิเล็กตรอนของแอลกอฮอล์หลุดออกไป(ionization)ตามเส้นทางที่มันเดินทางผ่านเมื่ออนุภาคกัมมันตรังสีวิ่งผ่านเข้ามามันจะชนเข้ากับโมเลกุลของแอลกอฮอล์ทำให้อิเล็กตรอนของแอลกอฮอล์หลุดออกไป(ionization)ตามเส้นทางที่มันเดินทางผ่าน • เมื่อเกิดไอออนของแอลกอฮอล์ขึ้นมันจะทำตัวเป็นแกนกลางให้โมเลกุลแอลกอฮอล์อื่นๆมาจับตัวกัน ทำให้มันมีขนาดใหญ่ขึ้น • เมื่อไอแอลกอฮอล์จับตัวกันใหญ่ขึ้นพอที่จะทำให้แสงที่ฉายส่องลงกระเจิงเข้าตามนุษย์ ก็จะสามารถสังเกตเห็นTrackของอนุภาคได้

  8. ทำไมต้องใช้แอลกอฮอล์ • เนื่องจากการเราอาศัยความแตกต่างของอุณหภูมิของส่วนบนกับส่วนล่างของcloud chamber ที่ใช้น้ำแข็งแห้งทำความเย็น หากใช้น้ำบรรจุในcloud chamber มันจะไม่เกิดภาวะ Supersaturation แต่จะแข็งตัวเป็นน้ำแข็งเสียก่อน แต่แอลกอฮอล์มีจุดเยือกแข็งที่ต่ำกว่าอุณหภูมิของน้ำแข็งแห้ง • เนื่องจากแอลกอฮอล์นั้นมีความดันไอที่อุณหภูมิห้องที่สูงมากจึงสามารถทำให้เกิดภาวะ Supersaturationได้ง่าย

  9. คุณสมบัติทางกายภาพของน้ำ และแอลกอฮอล์ อุณหภูมิของน้ำแข็งแห้ง = -78๐C จุดเยือกแข็ง น้ำ = 0๐C เมทานอล = -97.7๐C เอทานอล = -117.3๐C ไอโซโพรพานอล = -89๐C

  10. ความดันไอ (Vapor pressure)ที่ 25๐C น้ำ = 23.76 mmHg เมทานอล= 127.05 mmHg เอทานอล = 59.02 mmHg ไอโซโพรพานอล= 44 mmHg จากข้อมูลจะเห็นว่า เมทานอลควรจะเป็นสารที่ใช้บรรจุในcloud chamberมากที่สุดจากเหตุผลข้างต้น แต่เนื่องจากเมทานอลนั้นมีพิษต่อร่างกายอย่างมากหากได้รับการสูดดมหรือสัมผัสเข้าไป เอทานอลจึงเป็นสารตัวเลือกอีกตัวหนึ่งที่น่าจะเหมาะสมที่สุด ซึ่งหาได้ง่ายและมีราคาถูก

  11. การจัดเตรียมอุปกรณ์ 1. ภาชนะสำหรับทำเป็น cloud chamber เป็นทรงสี่เหลี่ยมหรือวงกลมก็ได้ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ6นิ้ว ความสูง 3-4นิ้ว มีฝาปิดสนิท 2. ไฟฉายขนาดใหญ่หรือแหล่งกำเนิดแสงไฟอื่นๆที่ให้แสงความเข้มสูง 3. แผ่น Aluminium ขนาดใหญ่กว่าcloud chamber เล็กน้อย โดยด้านหนึ่งทาสีดำเอาไว้ 4. ฟองน้ำ , หลอดดูดสาร , บีกเกอร์ 5. แถบกาวสำหรับติดฟองน้ำ ไม่ควรใช้กระดาษกาว 6. น้ำแข็งแห้ง 7. เอทานอล95% v/v,ไอโซโพรพานอล95% v/v, น้ำ 8. แหล่งกำเนิดอนุภาคแอลฟา ในที่ใช้ Americium-241 ภาชนะทรงกลม Am-241

  12. การจัดเตรียมอุปกรณ์ ภาชนะทรงกลม Am-24

  13. คุณสมบัติของ Americium-241 • ไม่พบในธรรมชาติ • มีค่าครึ่งชีวิต (half-life) 432.7 ปี • สลายตัวให้ • อนุภาคแอลฟา พลังงาน 5.48 MeV • รังสีแกมมา พลังงาน 59.5 keV

  14. วิธีการทดลอง 1 ตัดฟองน้ำให้เป็นแท่งขนาด 2 x 2 cm ความยาวให้พอดีเส้นรอบวงของcloud chamber 2 ติดฟองน้ำเข้ากับก้นภาชนะให้แน่น 3 ติดแท่งสารกัมมันตรังสีAm-241ไว้ที่ฝาภาชนะโดยให้สารกัมมันตรังสีอยู่ตรงกลาง 4 ใช้หลอดดูดสารดูดเอทานอลหยดลงบนฟองน้ำให้ชุ่ม 5 ปิดฝาแล้ววางcloud chamberลงบนแผ่นAluminiumที่วางอยู่บนน้ำแข็งแห้งโดยหงายด้านสีดำขึ้น

  15. 6 รอเวลาประมาณ 5-10นาที ส่องไฟฉายไปที่ข้างๆcloud chamber สังเกตดูการเปลี่ยนแปลงภายใน 7 เมื่อสังเกตเห็นtrackของอนุภาค ก็ทำการถ่ายภาพบันทึกผลการทดลอง 8 ทำการทดลองซ้ำ โดยใช้ ไอโซโพรพานอล และน้ำ หรือเมทานอล

  16. ผลการทดลอง • trackส่วนใหญ่จะวิ่งเป็นเส้นตรง • พบtrackบางอันเป็นจุดรัศมีเล็กๆ • พบtrackบางอันเกิดเป็นมุมหักเหทิศทาง • ความยาวของtrackทั่วไปจะประมาณ 3-5 cm บางtrackอาจยาวถึง 8 cm • เมื่อใช้น้ำบรรจุ จะไม่สามารถเห็นtrackได้ • เมื่อใช้ไอโซโพรพานอล trackที่สังเกตได้ จะมีความชัดเจนน้อยกว่าและมีความยาวtrackโดยเฉลี่ยสั้นกว่าเมื่อใช้เอทานอล

  17. ข้อสังเกตที่ได้จากการทดลองข้อสังเกตที่ได้จากการทดลอง • trackที่เห็นเป็นจุดกลมนั้น อาจเกิดจากการที่รังสีแกมมาไปไอออนไนซ์อะตอมของแอลกอฮอล์ • trackที่เกิดหักมุมนั้นเกิดจากอนุภาคแอลฟา เกิด back scattering กับ นิวเคลียสของธาตุที่เป็นองค์ประกอบของแอลกอฮอล์

  18. ข้อแนะนำ • ภาชนะที่นำมาใช้นั้น ควรมีความสูง3-4นิ้ว เพราะหากต่ำเกินไปจะเกิดฝ้าขึ้นทำให้สังเกตได้ยาก และเกิดภาวะ Supersaturation ได้ยากเพราะมีความแตกต่างของอุณหภูมิน้อย หากสูงเกินไปจะต้องใช้เวลานานในการรอสังเกตเพราะต้องรอให้เกิดภาวะ Supersaturation • ฟองน้ำที่ใช้ควรเป็นสีดำเพราะจะได้เกิดแสงรบกวนภายในcloud chamberน้อยที่สุด • อาจจะทำกล่องครอบcloud chamberเพื่อควบคุมแสงจากภายนอก • ไฟฉายควรมีขนาดใหญ่และมีความสว่างมากพอสมควร

  19. ปัญหาที่พบระหว่างการทดลองปัญหาที่พบระหว่างการทดลอง • หากวันที่ทดลองมีความชื้นสัมพัทธ์สูงจะทำให้เกิดฝ้าทำให้สังเกตได้ยาก ต้องคอยเช็ดทำความสะอาดบ่อยๆ • เมื่อทดลองไปเป็นเวลานานอาจเกิดไอน้ำหรือไอแอลกอฮอล์ควบแน่นเกาะติดสารรังสีทำให้อนุภาคแอลฟาหลุดออกมาไม่ได้ trackจะเกิดน้อยกว่าปกติ • แสงที่ใช้ส่องเข้าไปในcloud chamberนั้นต้องทำมุมเหมาะสมจึงจะเห็นtrackชัดเจนและจำนวนมาก พบว่าแสงแนวระนาบ(horizontal)จะเหมาะสมที่สุด

  20. ข้อมูลอ้างอิง • http://www.cloudchambers.com/ • http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/ camphy/cloudchamber/cloudchamber1_1.htm • http://www.madsci.org/ • http://www.bizarrelabs.com/cloud2.htm • http://www.lalanet.gr.jp/nsm/E-radiation.html • http://nobelprize.org/ • http://hep.ucsb.edu/people/hnn/cloud/articles/ALangsdorfRSI10_91_1939.pdf