宇宙射線雲霧室

宇宙射線雲霧室

目的 

利用酒精雲霧室(cloud chamber)裝置,以肉眼觀察宇宙射線經由酒精蒸氣所產生的軌跡。

 

實驗 

1. 於每邊約25cm立方的玻璃箱雲霧室內上方的酒精槽中注入酒精約200ml(可用棉花置於其內以增加其蒸發面積),在雲霧室底部倒入酒精約50ml(以利觀測)。

2. 開啟冷卻器,等待冷卻器表面溫度降至零下 35℃ 以下,就可以開始觀測宇宙射線了。

96/09/11拍攝:白色的線條即是宇宙射線(cosmic ray)?

實驗演示

96/11/13拍攝

實驗演示

96/11/13拍攝

實驗演示

 

原理思考 

為什麼高能粒子通過雲霧室就會留下白色的軌跡?

 

將酒精冷卻至 -40℃ 左右,在雲霧室底部表面會形成一層數釐米厚的過飽和蒸氣。內部氣體分子受到宇宙射線撞擊,釋放其電子游離,因而能吸引附近的酒精蒸氣凝結,呈現清晰可見的軌跡。 

 

討論 

1.產生的軌跡似乎很快就消失,原因是?

2.酒精蒸氣軌跡有彎曲或轉角的現象,原因是?

3.每秒鐘打在我們身上的高能粒子這麼多,為什麼好像都沒有感覺?

4.本實驗於室內實驗室進行,顯示宇宙射線能穿過鋼筋混凝土構造,有沒有方式可以阻擋它?

5.一定要用酒精嗎?可否用其它液體(或氣體)取代?

6.討論宇宙射線來源?

7.討論形成各種軌跡的形狀的原因? 

 

關於實驗 

1.原實驗以液態氮置於底部冷卻,本實驗裝置與廠商合作設計,將其改為壓縮機冷卻。

2.本實驗裝置可利用影像處理計算宇宙射線數目,並以網路連線方式進行資料比較。(請參考相關連結)(國科會計畫編號: NSC 97-2515-S-008-004-MY2)

3.本實驗裝置可與台灣夸克網以閃爍體實驗所獲得的資料比較。(請參考相關連結

 

參考資料 

Large Diffusion Cloud Chamber-Invisible Becomes VisibleR. M. Sutton

 

製作 

曾助理, 王中川,COOLER EXPRESS公司

 

製作老師 

陳泰利,陳鎰鋒,蕭先雄

 

撰稿 

王中川,陳泰利