1 / 23

Cloud Chamber

Cloud Chamber. ห้องหมอก. โครงการวิจัยฟิสิกส์และวิทยาการก้าวหน้า สำนักงานปรมาณูเพื่อสันติ. Cloud chamber. Cloud chamber คือ อุปกรณ์หรือเครื่องมือที่ใช้ตรวจวัดอนุภาคมูลฐาน และ อนุภาคอื่นๆที่ทำให้เกิดไอออน Cloud chamber แบ่งได้ 2 ชนิด คือ 1. Expansion cloud chamber

benjamin
Download Presentation

Cloud Chamber

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

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

More Related