{"id":12565,"date":"2019-12-17T08:58:42","date_gmt":"2019-12-17T08:58:42","guid":{"rendered":"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/was-ist-wolkenkammer-definition\/"},"modified":"2021-07-13T17:50:40","modified_gmt":"2021-07-13T17:50:40","slug":"was-ist-wolkenkammer-definition","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.radiation-dosimetry.org\/de\/was-ist-wolkenkammer-definition\/","title":{"rendered":"Was ist Nebelkammer – Definition"},"content":{"rendered":"
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Nebelkammern, auch Wilson-Nebelkammern genannt, sind Teilchendetektoren, die f\u00fcr die fr\u00fche Kern- und Teilchenphysikforschung unverzichtbar waren.<\/div>\n<\/div>\n
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\"Alpha-Partikel<\/a>
Alphateilchen und Elektronen (durch ein Magnetfeld abgelenkt) von einem Thoriumstab in einer Nebelkammer.
\nQuelle: wikipedia.org<\/figcaption><\/figure>\n

Nebelkammern<\/strong>\u00a0, auch bekannt als\u00a0Wilson Nebelkammern<\/strong> , sind Teilchendetektoren, die waren wesentliche Ger\u00e4te in fr\u00fcher Kern- und Teilchenphysik Forschung. Nebelkammern, eines der einfachsten Instrumente zur Untersuchung von Elementarteilchen<\/a>\u00a0, wurden in der aktuellen Forschung durch modernere Detektoren ersetzt, sind aber nach wie vor ein sehr interessanter p\u00e4dagogischer Apparat.<\/p>\n

Nebelkammer – Funktionsprinzip<\/h2>\n

Das grundlegende Prinzip dahinter ist die\u00a0\u00dcbers\u00e4ttigung einer Dampfsubstanz<\/strong>\u00a0, ein Zustand, in dem die Luft oder ein anderes Gas mehr Dampf dieser Substanz enth\u00e4lt, als sie in einem stabilen Gleichgewicht halten kann.\u00a0Ein energetisch geladenes Teilchen (zum Beispiel ein\u00a0Alpha-<\/a>\u00a0oder\u00a0Betateilchen<\/a>\u00a0) interagiert mit dem Dampfgemisch und erzeugt eine\u00a0Spur von Ionen<\/strong>\u00a0, die unter \u00dcbers\u00e4ttigungsbedingungen als\u00a0Kondensationskerne<\/strong>\u00a0wirken,\u00a0um die sich eine nebelartige Spur kleiner Tr\u00f6pfchen bildet, wenn sich das Gasgemisch befindet an der Stelle der Kondensation.<\/p>\n

\"Diagramm<\/a>
Eine Nebelkammer vom Diffusionstyp. Alkohol (typischerweise Isopropanol) wird durch eine Heizung in einem Kanal im oberen Teil der Kammer verdampft. Der K\u00fchldampf str\u00f6mt zur schwarzen K\u00fchlplatte, wo er kondensiert. Aufgrund des Temperaturgradienten bildet sich \u00fcber der Bodenplatte eine \u00fcbers\u00e4ttigte Dampfschicht. In dieser Region induzieren Strahlungsteilchen Kondensation und bilden Nebelspuren. Quelle: wikipedia.org Lizenz: CC BY-SA 4.0<\/figcaption><\/figure>\n

Diese Tr\u00f6pfchen sind als\u00a0\u201eNebelspur\u201c<\/strong>\u00a0sichtbar\u00a0, die einige Sekunden anh\u00e4lt, w\u00e4hrend die Tr\u00f6pfchen durch den Dampf fallen.\u00a0Die Kondensation des Dampfes an diesen Kernen erm\u00f6glicht die visuelle Identifizierung der Flugbahnen der Partikel, was zu einer einfachen Untersuchung ihrer Eigenschaften f\u00fchrt.\u00a0In Wilsons urspr\u00fcnglicher Kammer war die Luft in der versiegelten Vorrichtung mit Wasserdampf ges\u00e4ttigt, dann wurde eine Membran verwendet, um die Luft in der Kammer zu expandieren (adiabatische Expansion), die Luft zu k\u00fchlen und Wasserdampf zu kondensieren.\u00a0Daher wird die Bezeichnung\u00a0ExpansionsNebelkammer<\/strong> verwendet.\u00a0Das erste Antiteilchen, das Positron, das Myon und das erste seltsame Teilchen, das Kaon, wurden ebenfalls zuerst unter Verwendung einer Nebelkammer identifiziert.<\/p>\n

Diffusionsnebelkammer<\/h2>\n

Obwohl\u00a0Diffusionsnebelkammern<\/strong>\u00a0in der Kern- und Teilchenphysikforschung nie weit verbreitet waren, bleiben sie, da sie leicht zu bauen sind, interessante\u00a0Lehrinstrumente<\/strong> .\u00a0Eine Diffusionsnebelkammer unterscheidet sich von der Expansionsnebelkammer dadurch, dass sie kontinuierlich f\u00fcr Strahlung sensibilisiert ist und dass der Boden auf eine ziemlich niedrige Temperatur abgek\u00fchlt werden muss, die im Allgemeinen k\u00e4lter als \u201326 \u00b0 C (\u201315 \u00b0 F) ist. Anstelle von Wasserdampf wird Alkohol wegen seines niedrigeren Gefrierpunktes verwendet. Heutzutage sind sie eine einfache M\u00f6glichkeit, Elementarteilchen und Strahlung kennenzulernen und zu visualisieren.<\/p>\n

Ionisations- und Spurinformationen<\/h3>\n

Es muss betont werden, dass Tropfen, die in diesen Vorrichtungen Spuren bilden, auf Ionen wachsen, die durch den Durchgang ionisierender Partikel erzeugt werden.\u00a0Daher muss dieser Ionisationsprozess analysiert werden.\u00a0Jeder Partikeltyp\u00a0wechselwirkt auf unterschiedliche Weise<\/strong>\u00a0. Daher ist die Kenntnis dieser Wechselwirkung, wie unterschiedliche Partikel Energie in der Materie speichern und wie viel Energie Partikel speichern, f\u00fcr unser Verst\u00e4ndnis des Problems von grundlegender Bedeutung.\u00a0Beispielsweise k\u00f6nnen geladene Teilchen mit hohen Energien Atome direkt ionisieren.\u00a0Alpha-Teilchen<\/a>Sie sind ziemlich massiv und doppelt positiv geladen, so dass sie in der Regel nur eine kurze Strecke zur\u00fccklegen und wenn \u00fcberhaupt nicht sehr weit in das Gewebe eindringen.\u00a0Alphateilchen lagern ihre Energie jedoch \u00fcber ein kleineres Volumen ab (m\u00f6glicherweise nur wenige Zellen, wenn sie in einen K\u00f6rper eindringen) und richten diesen wenigen Zellen mehr Schaden an.\u00a0Infolgedessen hinterlassen Alphateilchen kurze, aber signifikante Spuren in der Kammer.<\/p>\n

Beta-Teilchen<\/a>\u00a0(Elektronen) sind viel kleiner als Alpha-Teilchen.\u00a0Sie tragen eine einzelne negative Ladung.\u00a0Sie sind durchdringender als Alphateilchen.\u00a0Sie k\u00f6nnen mehrere Meter zur\u00fccklegen, aber an jedem Punkt auf ihrem Weg weniger Energie abgeben als Alphateilchen.\u00a0Daher hinterlassen Betateilchen l\u00e4ngere, aber weniger sichtbare Spuren in der Kammer.<\/p>\n

Wenn ein Magnetfeld \u00fcber die Nebelkammer angelegt wird, kr\u00fcmmen sich positiv und negativ geladene Teilchen gem\u00e4\u00df dem Lorentz-Kraftgesetz in entgegengesetzte Richtungen.<\/p>\n

Experimentellen Daten zufolge ist die spezifische Ionisation dN \/ dx in Nebelkammern, definiert als die mittlere Anzahl von Ionen, die pro L\u00e4ngeneinheit von einem vorbeiziehenden Teilchen erzeugt werden, in erster N\u00e4herung sowohl f\u00fcr Elektronen als auch f\u00fcr massereichere Teilchen durch die Bethe-Gleichung gut beschrieben<\/strong><\/a>\u00a0.<\/p>\n

Bremskraft – Zwischen der Formel<\/h3>\n

Eine bequeme Variable, die die Ionisationseigenschaften des umgebenden Mediums beschreibt, ist\u00a0die Stoppkraft<\/strong>\u00a0.\u00a0Die lineare Stoppkraft des Materials ist definiert als das\u00a0Verh\u00e4ltnis<\/strong>\u00a0des\u00a0differentiellen Energieverlusts<\/strong>\u00a0f\u00fcr das Partikel innerhalb des Materials zur entsprechenden\u00a0differentiellen Wegl\u00e4nge<\/strong>\u00a0:<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Dabei ist T die kinetische Energie des geladenen Teilchens, nion die Anzahl der pro Pfadl\u00e4ngeneinheit gebildeten Elektronen-Ionen-Paare und I die durchschnittliche Energie, die zur Ionisierung eines Atoms im Medium ben\u00f6tigt wird.\u00a0Bei geladenen Teilchen nimmt\u00a0S mit abnehmender Teilchengeschwindigkeit zu<\/strong>\u00a0.\u00a0Der klassische Ausdruck, der den spezifischen Energieverlust beschreibt, ist als Bethe-Formel bekannt.\u00a0Die nicht-relativistische Formel wurde 1930 von Hans Bethe gefunden. Die relativistische Version (siehe unten) wurde 1932 auch von Hans Bethe gefunden.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

In diesem Ausdruck ist m die Restmasse des Elektrons, \u03b2 ist gleich v \/ c, was die Geschwindigkeit des Teilchens relativ zur Lichtgeschwindigkeit ausdr\u00fcckt, \u03b3 ist der Lorentz-Faktor des Teilchens, Q ist gleich seiner Ladung, Z ist der Ordnungszahl des Mediums und n ist die Atomdichte im Volumen.\u00a0F\u00fcr nichtrelativistische Teilchen (stark geladene Teilchen sind meist nichtrelativistisch) ist dT \/ dx\u00a0abh\u00e4ngig von 1 \/ v\u00a0<\/strong>2<\/sup><\/strong>\u00a0.\u00a0Dies kann durch die gr\u00f6\u00dfere Zeit erkl\u00e4rt werden, die das geladene Teilchen im negativen Feld des Elektrons verbringt, wenn die Geschwindigkeit niedrig ist.<\/p>\n

Die Art der Wechselwirkung einer Betastrahlung<\/strong>\u00a0mit Materie unterscheidet sich von der\u00a0Alphastrahlung<\/a>\u00a0, obwohl Betateilchen auch geladene Teilchen sind.\u00a0Beta-Partikel haben im Vergleich zu Alpha-Partikeln eine\u00a0viel geringere Masse<\/strong>\u00a0und erreichen\u00a0meist relativistische Energien<\/strong>\u00a0.\u00a0Ihre Masse entspricht der Masse der Orbitalelektronen, mit denen sie interagieren, und im Gegensatz zum Alpha-Teilchen kann ein viel gr\u00f6\u00dferer Teil seiner kinetischen Energie in einer einzigen Wechselwirkung verloren gehen.\u00a0Da die Beta-Teilchen meist relativistische Energien erreichen, kann die nichtrelativistische\u00a0Bethe-Formel\u00a0<\/a>\u00a0nicht verwendet werden.\u00a0F\u00fcr hochenergetische Elektronen<\/strong>\u00a0wurde von\u00a0Bethe<\/strong>\u00a0auch ein \u00e4hnlicher Ausdruck abgeleitetBeschreibung des spezifischen Energieverlusts durch\u00a0Anregung und Ionisation<\/strong>\u00a0(die \u201eKollisionsverluste\u201c).<\/p>\n

\"Modifizierte<\/a>
Modifizierte Bethe-Formel f\u00fcr Beta-Partikel.<\/figcaption><\/figure>\n

Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen Beta-Partikel \u00fcber eine\u00a0Elektron-Kern-Wechselwirkung<\/strong>\u00a0(elastische Streuung von Kernen)\u00a0interagieren<\/strong>\u00a0, wodurch sich die\u00a0Richtung der Beta-Partikel<\/strong>\u00a0erheblich \u00e4ndern kann\u00a0.\u00a0Daher ist ihr Weg nicht so einfach.\u00a0Die Beta-Partikel folgen einem sehr\u00a0Zick-Zack-Pfad<\/strong>\u00a0durch das absorbierende Material. Dieser resultierende Partikelpfad ist l\u00e4nger als das lineare Eindringen (Bereich) in das Material.<\/p>\n

Beta-Partikel unterscheiden sich von anderen stark geladenen Partikeln auch in dem Anteil an Energie, der durch den als\u00a0Bremsstrahlung<\/strong><\/a>\u00a0bekannten Strahlungsprozess verloren\u00a0geht<\/strong><\/a>\u00a0.\u00a0Nach der<\/strong>\u00a0klassischen Theorie muss ein geladenes Teilchen beim Beschleunigen oder Abbremsen\u00a0Energie ausstrahlen,<\/strong>\u00a0und die Verz\u00f6gerungsstrahlung wird als\u00a0Bremsstrahlung (\u201eBremsstrahlung\u201c) bezeichnet<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

Nebelkammer und Entdeckung von Positron<\/h3>\n

Positronen<\/a>\u00a0sind positiv geladene (+ 1e), fast masselose Teilchen.\u00a0Ihre Ruhemasse betr\u00e4gt 9,109 \u00d7 10\u00a0\u201331<\/sup>\u00a0kg (\u00a0510,998 keV \/ c\u00a0<\/strong>2<\/strong>\u00a0) (ungef\u00e4hr 1\/1836 die des\u00a0Protons<\/a>\u00a0).<\/p>\n

\"Positron<\/a>
Antielektronen wurden 1932 von Paul Dirac und Carl D. Anderson entdeckt und Positronen genannt. Sie untersuchten Kollisionen mit kosmischen Strahlen \u00fcber eine Nebelkammer – einen Partikeldetektor, in dem sich bewegende Elektronen (oder Positronen) Spuren hinterlassen, wenn sie sich durch das Gas bewegen. Quelle: wikipedia.org Lizenz: Public Domain<\/figcaption><\/figure>\n

Wie alle Elementarteilchen weisen Elektronen Eigenschaften sowohl von Teilchen als auch von Wellen auf: Sie k\u00f6nnen mit anderen Teilchen kollidieren und wie Licht gebeugt werden.\u00a0Die urspr\u00fcngliche Idee f\u00fcr Antiteilchen entstand aus einer\u00a0relativistischen Wellengleichung,<\/strong>\u00a0die 1928 vom englischen Wissenschaftler\u00a0PAM Dirac entwickelt wurde<\/strong>(1902-1984). Er erkannte, dass seine relativistische Version der Schr\u00f6dinger-Wellengleichung f\u00fcr Elektronen die M\u00f6glichkeit von Antielektronen vorhersagte. Diese wurden 1932 von Paul Dirac und Carl D. Anderson entdeckt und als Positronen bezeichnet. Sie untersuchten Kollisionen mit kosmischen Strahlen \u00fcber eine Nebelkammer – einen Partikeldetektor, in dem sich bewegende Elektronen (oder Positronen) Spuren hinterlassen, wenn sie sich durch das Gas bewegen. Positronenpfade in einer Nebelkammer verfolgen den gleichen helikalen Pfad wie ein Elektron, drehen sich jedoch in Bezug auf die Magnetfeldrichtung in die entgegengesetzte Richtung, da sie das gleiche Verh\u00e4ltnis von Ladung zu Masse aufweisen, jedoch mit entgegengesetzter Ladung und daher entgegengesetzt signierte Ladungs-Masse-Verh\u00e4ltnisse. Obwohl Dirac selbst den Begriff Antimaterie nicht<\/strong><\/a>\u00a0verwendete, folgt seine Verwendung nat\u00fcrlich genug aus Antielektronen,Antiprotonen<\/a>\u00a0usw.<\/p>\n

Blasenkammer<\/h2>\n

Blasenkammern<\/strong> sind Partikeldetektoren, die auf einem \u00e4hnlichen Prinzip wie Nebelkammern basieren. In der Blasenkammer zeigen sich die Spuren subatomarer Partikel als Spuren von Blasen in einer Fl\u00fcssigkeit, die bis knapp unter ihren Siedepunkt erhitzt wurde, normalerweise fl\u00fcssiger Wasserstoff. Blasenkammern k\u00f6nnen physikalisch gr\u00f6\u00dfer gemacht werden als Nebelkammern, und da sie mit viel dichterem fl\u00fcssigem Material gef\u00fcllt sind, enth\u00fcllen sie die Spuren von viel energetischeren Partikeln. Ein energetisch geladenes Teilchen (zum Beispiel ein Alpha- oder Betateilchen) interagiert mit der Fl\u00fcssigkeit und die Fl\u00fcssigkeit tritt in eine \u00fcberhitzte, metastabile Phase ein. Um die Ionisationsspur herum verdampft die Fl\u00fcssigkeit und bildet mikroskopisch kleine Blasen. Die Blasendichte um eine Spur ist proportional zum Energieverlust eines Partikels.<\/p>\n

Es muss betont werden, dass Blasen, die in diesen Vorrichtungen Spuren bilden, auf Ionen wachsen, die durch den Durchgang ionisierender Partikel erzeugt werden.\u00a0Daher muss dieser Ionisationsprozess analysiert werden.\u00a0Jeder Partikeltyp\u00a0interagiert auf unterschiedliche Weise<\/strong>\u00a0. Daher ist die Kenntnis dieser Interaktion, wie unterschiedliche Partikel Energie in der Materie ablagern und wie viel Energie Partikel ablagern, f\u00fcr unser Verst\u00e4ndnis des Problems von grundlegender Bedeutung.\u00a0Beispielsweise k\u00f6nnen geladene Teilchen mit hohen Energien Atome direkt ionisieren.\u00a0Alpha-Partikel<\/a>sind ziemlich massiv und tragen eine doppelte positive Ladung, so dass sie dazu neigen, nur eine kurze Strecke zur\u00fcckzulegen und nicht sehr weit in das Gewebe einzudringen, wenn \u00fcberhaupt.\u00a0Alpha-Partikel lagern ihre Energie jedoch \u00fcber ein kleineres Volumen ab (m\u00f6glicherweise nur wenige Zellen, wenn sie in einen K\u00f6rper gelangen) und verursachen mehr Schaden an diesen wenigen Zellen.\u00a0Infolgedessen hinterlassen Alpha-Partikel kurze, aber signifikante Spuren in der Kammer.<\/p>\n

Beta-Teilchen<\/a>\u00a0(Elektronen) sind viel kleiner als Alpha-Teilchen.\u00a0Sie tragen eine einzige negative Ladung.\u00a0Sie sind durchdringender als Alpha-Partikel.\u00a0Sie k\u00f6nnen mehrere Meter zur\u00fccklegen, aber an jedem Punkt ihrer Wege weniger Energie ablagern als Alpha-Partikel.\u00a0Daher hinterlassen Beta-Partikel l\u00e4ngere, aber weniger sichtbare Spuren in der Kammer.<\/p>\n

Wenn ein Magnetfeld \u00fcber die Nebelkammer angelegt wird, kr\u00fcmmen sich positiv und negativ geladene Teilchen gem\u00e4\u00df dem Lorentz-Kraftgesetz in entgegengesetzte Richtungen.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Nebelkammern, auch Wilson-Nebelkammern genannt, sind Teilchendetektoren, die f\u00fcr die fr\u00fche Kern- und Teilchenphysikforschung unverzichtbar waren. Alphateilchen und Elektronen (durch ein Magnetfeld abgelenkt) von einem Thoriumstab in einer Nebelkammer. Quelle: wikipedia.org Nebelkammern\u00a0, auch bekannt als\u00a0Wilson Nebelkammern , sind Teilchendetektoren, die waren wesentliche Ger\u00e4te in fr\u00fcher Kern- und Teilchenphysik Forschung. Nebelkammern, eines der einfachsten Instrumente zur Untersuchung … Weiterlesen<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[48],"tags":[],"yoast_head":"\nWas ist Nebelkammer - Definition<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Nebelkammern, auch Wilson-Nebelkammern genannt, sind Teilchendetektoren, die f\u00fcr die fr\u00fche Kern- und Teilchenphysikforschung unverzichtbar waren. 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