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Aufgabe

Nebelkammer

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

The American Institute of Physics credits the photo [1] to AB Lagrelius & Westphal, which is the Swedish company used by the Nobel Foundation for most photos of its book series Les Prix Nobel. [Public domain], via Wikimedia Commons
Abb. 1 Charles Thomas WILSON (1869 - 1959)

Charles Thomas Wilson gelang im Jahr 1911 der erste Nachweis der Spuren von \(\alpha\)- und \(\beta\)-Teilchen in einer Wilsonschen Nebelkammer. Dabei handelte es sich vom Prinzip um eine noch heute im Physikunterricht genutzte Expansionsnebelkammer.

a)Skizziere schematisch den Aufbau einer Expansionsnebelkammer.

b)Erläutere die Funktionsweise der Kammer.

c)Beschreibe die Spuren, die α-, β- und γ-Strahlen in der Kammer hinterlassen.

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a)Der schematische Aufbau einer Expansionsnebelkammer kann wiefolgt aussehen:

b)In dem abgeschlossenen Volumen befindet sich eine gesättigte Mischung aus Wasser- und Alkoholdampf. Durch Vergrößern des Volumens (Herabziehen des Kolbens) kommt es zur Abkühlung des Gases und somit zu einer Übersättigung des Dampfes (in der Luft ist mehr Dampf vorhanden als bei dieser Temperatur möglich). Der Dampf kondensiert an Kondensationskeimen, dies können Staubteilchen aber auch geladene Teilchen sein. Längs der Bahn eines ionisierenden Teilchens entstehen Ladungsträger und damit kondensiert der übersättigte Dampf - entlang der "Bahn" der ionisierenden Quanten entsteht eine Nebelspur.

c)Es wird angenommen, dass die Nebelkammer nicht von einem Magnetfeld durchsetzt wird:

  • α-Teilchen: Gruppen gerader dicker Spuren; innerhalb einer Gruppe ist die Spurlänge annähernd gleich.

  • β-Teilchen: Perlschnurartige, dünnere Spuren; keine einheitliche Länge; hochenergetische β-Teilchen bewirken weitgehend geradlinige Spuren; niederenergetische ß-Teilchen hinterlassen "gekringelte" Spuren.

  • γ-Strahlung: Ist in der Nebelkammer direkt nicht nachweisbar; indirekter Nachweis möglich, wenn bei der Wechselwirkung der γ-Strahlung mit Materie geladene Teilchen entstanden sind.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Kern-/Teilchenphysik

Radioaktivität - Einführung