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ws2021:nebelkammer [2021/04/29 17:33] – fritz | ws2021:nebelkammer [2021/04/30 10:16] – hansm | ||
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Ionisierende Teilchen sind beispielsweise Produkte von radioaktivem Zerfall ($\alpha$- und $\beta$- Strahlung) oder kosmischer Strahlung. | Ionisierende Teilchen sind beispielsweise Produkte von radioaktivem Zerfall ($\alpha$- und $\beta$- Strahlung) oder kosmischer Strahlung. | ||
Innerhalb eines meist durchsichtigen Behälters wird für die Ausbildung von Kondensationsstreifen eine Alkoholatmosphäre geschaffen. Dieses gesättigte Alkohol-Luft-Gemisch wird lokal abgekühlt (ca. -30°C), sodass sich eine übersättigte Dampfphase am Boden der Kammer ausbildet. | Innerhalb eines meist durchsichtigen Behälters wird für die Ausbildung von Kondensationsstreifen eine Alkoholatmosphäre geschaffen. Dieses gesättigte Alkohol-Luft-Gemisch wird lokal abgekühlt (ca. -30°C), sodass sich eine übersättigte Dampfphase am Boden der Kammer ausbildet. | ||
- | Tritt ionisierende Strahlung in die übersättigte Dampfphase werden Gasatome ionisiert. Diese dienen als Kondensationskeime, | + | Tritt ionisierende Strahlung in die übersättigte Dampfphase, werden Gasatome ionisiert. Diese dienen als Kondensationskeime, |
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Bei der Konstruktion ist die Isolierung der Nebelkammer gegenüber der Umgebung von großer Bedeutung. Um für einige Zeit eine niedrige Temperatur einzustellen, | Bei der Konstruktion ist die Isolierung der Nebelkammer gegenüber der Umgebung von großer Bedeutung. Um für einige Zeit eine niedrige Temperatur einzustellen, | ||
- | Als äußere Vitrine der Nebelkammer wird eine bereits vorgefertigte Acrylglasvitrine verwendet. Da dieses Material nicht Beständig gegen Isopropyl ist, wird die innere Vitrine aus Makrolon gefertigt. Dafür werden die Wände und der Deckel der Vitrine aus einer Makrolonplatte gesägt. Um die Teile an einer möglichst großen Fläche zusammen zu kleben, werden Winkel in die zu Kanten geschnitten, | + | Als äußere Vitrine der Nebelkammer wird eine bereits vorgefertigte Acrylglasvitrine verwendet. Da dieses Material nicht Beständig gegen Isopropyl ist, wird die innere Vitrine aus Makrolon gefertigt. Dafür werden die Wände und der Deckel der Vitrine aus einer Makrolonplatte gesägt. Um die Teile an einer möglichst großen Fläche zusammen zu kleben, werden Winkel in die Kanten geschnitten, |
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- | Das Gehäuse zwischen den Vitrinen und dem Kühlschrank soll über einen 3D-Druck gefertigt werden. Es ist wie bei den Vitrinen auf die Beständigkeit des Materials gegenüber dem Isopropyl zu achten. Auf der zweiten Abbildung oben wurden die alkoholbeständigen Teile des Gehäuses schwarz dargestellt. Diese sollen aus aus Polypropylen gedruckt werden. Die grün hinterlegten Gehäuseteile können aus einem beliebigen Filament hergestellt werden. Beim Druckvorgang mit Polypropylen wurde nach einem Testdruck deutlich, dass das Material sich beim Drucken biegt und nicht in der richtigen Form gedruckt wird. Daher sind hier mehrere Anläufe nötig um die Teile in gewünschter Passung zu Drucken. Da der Drucker zudem die Maximalgröße der gedruckten Objekte vorgibt, musste die Konstruktion in einige Module aufgeteilt werden. Außer dem Gehäuse werden noch Stützden | + | Das Gehäuse zwischen den Vitrinen und dem Kühlschrank soll über einen 3D-Druck gefertigt werden. Es ist wie bei den Vitrinen auf die Beständigkeit des Materials gegenüber dem Isopropyl zu achten. Auf der zweiten Abbildung oben wurden die alkoholbeständigen Teile des Gehäuses schwarz dargestellt. Diese sollen aus aus Polypropylen gedruckt werden. Die grün hinterlegten Gehäuseteile können aus einem beliebigen Filament hergestellt werden. Beim Druckvorgang mit Polypropylen wurde nach einem Testdruck deutlich, dass das Material sich beim Drucken biegt und nicht in der richtigen Form gedruckt wird. Daher sind hier mehrere Anläufe nötig um die Teile in gewünschter Passung zu drucken. Da der Drucker zudem die Maximalgröße der gedruckten Objekte vorgibt, musste die Konstruktion in einige Module aufgeteilt werden. Außer dem Gehäuse werden noch Stützen |
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- | Auf der Abbildung der Testdruck-Teile fehlt die Stütze, welche später bis an die Decke der inneren Vitrine ragt. Die Aluminiumplatten unter und über den Peltierelementen werden später anstelle der durchsichtigen Platten im Foto eingesetzt. Die obere Platte stellt die Bodenplatte der Nebelkammer dar. Die untere Platte ragt in den Gefrierschrank. Die Module des Gehäuses werden über Schrauben mit einander verbunden. Mit den Testdrucken | + | Auf der Abbildung der Testdruck-Teile fehlt die Stütze, welche später bis an die Decke der inneren Vitrine ragt. Die Aluminiumplatten unter und über den Peltierelementen werden später anstelle der durchsichtigen Platten im Foto eingesetzt. Die obere Platte stellt die Bodenplatte der Nebelkammer dar. Die untere Platte ragt in den Gefrierschrank. Zwischen den Platten wird möglichst gut isoliert, damit es hier nicht zum Wärmetransport in die Kammer kommt. Die Module des Gehäuses werden über Schrauben mit einander verbunden. Mit dem Testdruck |
- | Für die Verdampfung des Alkohols soll ebenfalls der Gefrierschrank verwendet werden. Die Wärme, die dem Innenraum des Gefrierschranks entzogen wird, gibt dieser an seiner Rückseite ab. In diesem warmen Bereich soll ein Alkoholreservoir platziert werden. Aus diesem wird mit einer Sauerstoffpumpe für Aquarien der entstehende Alkoholdampf angezogen und in die Vitrine geleitet | + | Für die Verdampfung des Alkohols soll ebenfalls der Gefrierschrank verwendet werden. Die Wärme, die dem Innenraum des Gefrierschranks entzogen wird, gibt dieser an seiner Rückseite ab. In diesem warmen Bereich soll ein Alkoholreservoir platziert werden. Aus diesem wird mit einer Sauerstoffpumpe für Aquarien der entstehende Alkoholdampf angezogen und in die Vitrine geleitet. An der kalten Bodenplatte kommt es möglicherweise zur Kondensation des Alkohols. Der dann flüssige Alkohol am Boden der Vitrine kann über Löcher und weitere Schläuche zurück ins Reservoir fließen. |
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=== Elektronik === | === Elektronik === | ||
- | Die elektrischen Bauteile der Nebelkammer müssen über eine geeignete Schaltung mit Strom versorgt werden. | + | {{ : |
- | Um die Funktion der Nebelkammer sicherzustellen und mögliche Sicherheitsrisiken auszuschließen sollen, außen und innen am Gefrierschrank bei Betrieb Temperaturen gemessen | + | |
- | ...FOTO Arduinoschaltung (zur Zeit in der Uni)... | + | Die elektrischen Bauteile der Nebelkammer müssen über eine geeignete Schaltung mit Strom versorgt werden. |
- | {{ : | + | Diese hohe Spannung von 1-2 kV wird zwischen der Aluminiumplatte und der Decke der inneren Vitrine angelegt. Dafür werden zwischen den Stützen, in denen sich die Leitungen für den Alkoholdampf befinden Drähte gespannt. Ein elektrisches Feld in der Kammer sorgt dann dafür, dass ionisierte Gasteilchen aus dem Bereich des Dampfes abgezogen werden. Werden die Ionen dann nicht abgezogen, können sich dichte Nebelschichten bilden, welche die Sicht auf die Kondensationsstreifen hindern. Diese Komponente der Nebelkammer wird auch als Ionensauger bezeichnet. |
+ | Um die Funktion der Nebelkammer sicherzustellen und mögliche Sicherheitsrisiken auszuschließen | ||
=== Versuche === | === Versuche === | ||
Vor dem Bau der Nebelkammer müssen einige Vorversuche durchgeführt werden. Anhand dieser Versuche sollen bei der Konstruktion getroffene Annahmen validiert werden und Erkanntnisse für den späteren Bertrieb der Nebelkammer gewonnen werden. | Vor dem Bau der Nebelkammer müssen einige Vorversuche durchgeführt werden. Anhand dieser Versuche sollen bei der Konstruktion getroffene Annahmen validiert werden und Erkanntnisse für den späteren Bertrieb der Nebelkammer gewonnen werden. | ||
- | In einer Versuchsreihe wurde die Beständigkeit der Materialien gegen Isopropyl geprüft. Hierfür wurden Stücke von Acrylglas, Makrolon sowie der Schläuche einige Tage in einem Einmachglas mit Isopropyl stehen gelassen. In allen Fällen, bis auf Acrylglas konnte die Beständigkeit gezeigt werden. Am Acrylglas hingegen waren nach einigen Tagen deutliche Risse entlang der Kanten zu erkennen. Aufgrund | + | In einer Versuchsreihe wurde die Beständigkeit der Materialien gegen Isopropyl geprüft. Hierfür wurden Stücke von Acrylglas, Makrolon sowie der Schläuche einige Tage in einem Einmachglas mit Isopropyl stehen gelassen. In allen Fällen, bis auf Acrylglas konnte die Beständigkeit gezeigt werden. Am Acrylglas hingegen waren nach einigen Tagen deutliche Risse entlang der Kanten zu erkennen. Diese Beobachtung wurde mit einem Foto dokumentiert. Aufgrund |
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- | Außerdem wurden Temperaturmessungen an den Kühlmittelleitungen des Gefierschranks durchgeführt. An Hand dieser Messungen soll später die Funktion des Gefrierschranks sichergestellt werden. Die bekannten Werte können beim Betrieb der Nebelkammer mit den vorliegenden | + | Außerdem wurden Temperaturmessungen an den Kühlmittelleitungen des Gefierschranks durchgeführt. An Hand dieser Messungen soll später die Funktion des Gefrierschranks sichergestellt werden. Die bekannten Werte können beim Betrieb der Nebelkammer mit den im Normalbetrieb gemessenen |
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=== Weiterer Verlauf des Projekts === | === Weiterer Verlauf des Projekts === | ||
- | ==== Quellen | + | Für den weiteren Bau der Nebelkammer müssen zuerst alle 3D-Druck Teile sowie die Aluminiumplatten gefertigt werden. Die passgenauen Teile können dann verschraubt werden. Damit die Nebelkammer in den Gefrierschrank eingesetzt werden kann, wird ein Loch in dessen Decke geschnitten. Während dem Zusammensetzen der Komponenten können Schläuche und Elektronik verlegt werden. |
+ | Daraufhin sollen Funktionstests durchgeführt werden. Die Kühlung über die Peltierelemente muss als Erstes erprobt werden. Fraglich ist derzeit auch, ob der Gefrierschrank nicht seine Arbeitstemperatur überschreitet. Ebenso muss auch die Alkoholzufur möglicherweise noch optimiert werden. | ||
+ | Sind die Funktionstests erfolgreich, | ||
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+ | === Quellen === | ||
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+ | === Anhang === | ||
+ | Schaltpläne: | ||
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