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Voici comment créer votre propre chambre à nuages ​​pour détecter les rayons cosmiques


Nous avons tous été éduqués à un moment de la vie sur les radiations qui bombardent la Terre depuis l'espace extra-atmosphérique et les désintégrations radioactives qui nous entourent tout le temps. Cependant, ces particules inoffensives sont invisibles à l'œil nu. Mais si vous avez vraiment besoin d’une preuve que le rayonnement est constitué de particules de haute énergie, il existe un moyen très simple de le faire en construisant une chambre à brouillard. Inventée par le physicien écossais Charles Thomson Rees Wilson, la chambre à brouillard est un appareil simple qui permet d'observer les traces que ces particules laissent derrière elles. Mais avant d'en construire une, voyons d'abord comment fonctionnent les chambres à nuage.

Comment fonctionnent les chambres cloud?

La chambre à brouillard, en particulier le type à diffusion, repose sur les principes du transfert de chaleur. Le dispositif comprend un récipient qui est scellé avec une surface froide et une chaude. La différence de température permet la formation de brouillard (ou «nuages») d'alcool qui se répand dans le contenant avant de le sceller. Ce phénomène se produit parce que la partie supérieure chaude du récipient essaie de vaporiser l'alcool, mais il commence progressivement à refroidir à mesure qu'il tombe et se condense au fond du récipient. Le volume présent entre la surface supérieure et inférieure du récipient forme ainsi un nuage de vapeur sursaturée. Dans ces conditions, lorsque le rayonnement traverse le nuage de vapeur, il élimine les électrons des molécules d'air et forme des ions. Ces ions chargés attirent la vapeur d'alcool et forment de minuscules gouttelettes qui finissent par tomber au fond du récipient. Les traces de particules sont révélées lorsque ces gouttelettes tombent qui ressemblent à des flux de lumière ou à des traînées laissées derrière un avion.

La meilleure façon d'observer ces traces de particules est de construire votre propre chambre à brouillard en utilisant des matériaux facilement disponibles. Voici une liste des matériaux requis:

1. Récipient en verre ou en plastique transparent avec couvercle (le grand aquarium vide fonctionne bien)

2. Alcool isopropylique (99%) (disponible en pharmacie sous forme d'alcool à friction)

3. Glace sèche (dioxyde de carbone congelé qui est souvent utilisé dans les marchés aux poissons et dans les épiceries pour garder les articles au frais)

4. Feutre (couleur noire pour une visibilité maximale)

5. Poêle en métal

6. Gants de sécurité

7. Lunettes de sécurité

8. lampe de poche lumineuse (la lampe de poche mobile peut également fonctionner)

Étapes pour créer votre propre chambre à nuage:

1. Prenez le feutre et coupez-le à la taille du fond du récipient et collez-le sur la surface inférieure. Il est important que le feutre soit bien collé au fond pour éviter qu'il ne tombe lorsque le réservoir est retourné.

2. L'étape suivante consiste à faire tremper le feutre dans de l'alcool isopropylique pour qu'il soit complètement saturé. Mais assurez-vous qu'il n'y a pas d'excès de liquide. Si vous en avez versé en excès, vidangez le liquide supplémentaire.

3. Prenez un récipient séparé pour placer la glace sèche et couvrez-le avec le couvercle. Assurez-vous d'utiliser des gants de sécurité épais lors de la manipulation de la glace.

4. Maintenant, retournez le réservoir ou le contenant de telle sorte que le côté feutre soit sur le dessus et que l'embouchure du contenant soit en bas et en haut du couvercle que vous avez utilisé pour couvrir la glace sèche.

5. Attendez environ 10 minutes pour laisser refroidir le récipient. Vous pouvez utiliser un plat d'eau tiède et le placer sur le dessus du récipient pour chauffer l'alcool plus rapidement et le transformer en vapeur.

6. Enfin, éteignez les lumières et faites briller une lampe de poche sur le côté du conteneur pour voir les traces de particules visibles dans le nuage.

Comprendre le type de particules des pistes

Alors que de nombreux types de particules passeraient à travers la chambre à brouillard, vous pouvez différencier les particules des traces qu'elles laissent derrière elles.

Pistes courtes et épaisses: Lorsque vous observez des pistes courtes et volumineuses, vous voyez une particule alpha qui est séparée de l’atome de radon atmosphérique, qui est un élément radioactif naturel. Étant donné que les particules alpha des atomes de radon sont peu énergétiques, elles laissent des traces courtes et épaisses.

Pistes longues et droites: Ces traces sont formées par des Muons (une particule subatomique massive et instable similaire à Electron). Les muons sont produits lorsque les rayons cosmiques entrent en collision avec la molécule atmosphérique et, en raison de leur nature massive, ils se frayent facilement un chemin dans l'air et laissent de longues traces droites.

Pistes courbes ou zig-zag: Ces types de pistes sont constituées d’électrons et de positrons (le partenaire anti-matière d’électron). Ces particules sont créées de la même manière lorsqu'un rayon cosmique frappe la molécule atmosphérique. Mais, comme les particules sont plus légères, elles rebondissent et laissent des zig-zags ou des traces bouclées.

Pistes fourchues: Si vous voyez les pistes se diviser, vous voyez la désintégration des particules, c'est-à-dire que les muons se brisent en particules plus petites telles que les électrons et les neutrinos. Ces particules se divisent dans des directions différentes et laissent ainsi des traces courbées ou fourchues.

En voir plus avec votre chambre cloud

Si vous avez des matières radioactives à proximité, essayez de les placer près de la chambre à brouillard pour voir l'effet d'une augmentation du rayonnement. Il existe de nombreux matériaux courants qui sont radioactifs, comme la banane, les noix du Brésil ou la céramique.

Avec votre chambre à brouillard, vous pouvez également essayer de tester des techniques de protection contre les radiations en plaçant différentes obstructions entre les matières radioactives et la chambre à brouillard. Cela peut être n'importe quoi, d'un morceau de papier ou d'une feuille de métal à votre main. Découvrez quel blindage fonctionne le mieux contre les radiations.

Vous pouvez même appliquer un champ magnétique à la chambre à brouillard et observer comment les particules chargées positives et négatives se déplacent dans des directions opposées en réponse au champ.


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