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。
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