Это удивительное и относительно простое устройство представляет собой один из самых ранних способов детектирования треков заряженных субатомных частиц и, соответственно, приборов для исследования радиации. Удивительна она тем, что объект микромира (альфа-частица, или даже электрон) способен оставить видимый невооружённым глазом след в макромире. Этакий мост между в норме плохо пересекающимися областями реальности.

Принцип действия туманной камеры достаточно несложен для понимания. Переохлаждённый пар летучего вещества, желательно с низкой температурой плавления (традиционно используется спирт, ацетон или нечто подобное), образующийся над охлаждённой до нужной температуры поверхностью, конденсируется на ионах, оставляемых высокоэнергетической заряженной частицей, которая в результате оставляет туманный след (трек). Камера Вильсона, в отличие от туманной, работает за счёт адиабатического расширения пара, без принудительного охлаждения рабочего тела.

Есть несколько способов сделать туманную камеру дома, без применения сложных криогенных установок, герметичных камер и тому подобного. В целом они сводятся к двум: с использованием холодных расходных материалов (сухой лёд или жидкий азот) или термоэлектрическим способом при помощи элементов Пельтье. Напомню, что элемент Пельтье это такая плоская квадратная штука, которая, при подаче на неё определённых тока и напряжения, начинает греться с одной стороны и охлаждаться с другой, достигая разницы температур в 50-70 градусов (разные Пельтье в зависимости от условий работы и качества изготовления работают по-разному).

Поскольку сухой лёд мне искать было лень, а жидкий азот потребовал бы довольно кропотливой дозировки для достижения нужного диапазона температур, выбраны были Пельтье. В свою очередь, с ними имеются два способа достижения нужных температур в -50 — -70*С. Самый простой — соединение двух элементов последовательно, когда  один из элементов посажен на радиатор горячей стороной, а холодной стороной охлаждает горячую сторону второго. При использовании водяного охлаждения этот метод довольно успешно работает, но я бы не рекомендовал его кроме как для первичной пробы сил: слишком нестабильны эффекты туманной камеры. Другой способ — это качественное охлаждение радиатора, и использование одиночного элемента Пельтье. Если охладить его горячую сторону ниже нуля по Цельсию, например, при помощи фреонового холодильника, то на холодной стороне будут достигнуты искомые -60*. Собственно, такое решение и было применено.

no images were found

Конструктивно сама туманная камера — это просто прозрачный корпус с подвешенным источником паров чистого спирта (чистота довольно критична) — смоченной в нём тряпочкой. Внизу корпуса расположен покрашенный чёрной краской элемент Пельтье на фреоново охлаждаемом радиаторе (конструкция фреонового холодильника — тема для другой записи). Около Пельтье или рядом с ним распологается источник альфа-частиц (в данном случае — Pu-239 из радиоизотопного детектора дыма). После охлаждения системы до рабочей температуры, при боковой подсветке поверхности Пельте становятся видны треки от альфа-частиц. Лучшая видимость достигается при подсветке лазером, разложенным в линию специальной насадкой, как и было сделано здесь: такая подсветка не освещает поверхность Пельтье, но освещает туманные треки, что делает их очень контрастными и хорошо заметными. Но обычный фонарик тоже вполне работает.

Для качественной работы камеры очень желательно поставить неподалёку от рабочей зоны источник статического электричества (или просто микромощный высоковольтный постоянный источник киловольт на 10-20). Он собирает избыточные ионы из камеры, позволяя образовываться новым частицам.

Каждый трек соответствует строго одной частице. Не все частицы их оставляют, но каждый оставленный — несомненный след пролёта.

Такая вот забавная игрушка, связь между миром элементарных частиц и макромиром.

Если кто-то заинтересован в самостоятельной сборке без лишних заморочек типа фреона, рекомендую эту инструкцию. А здесь, здесь и здесь находятся наиболее впечатляющие видеозаписи из виденных мною, которые и сподвигли на сборку.