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Expansionsnebelkammer

Nebelkammer im dunklen Raum

Die Nebelkammer ist mit einem übersättigtem Luft-Alkohol-Gemisch gefüllt. Durchquert ein ausreichend energiereiches geladenes Teilchen die Nebelkammer, kann es durch Stoßionisation die Gasmoleküle ionisieren. Die gebildeten Ionen sorgen als Kondensationskeime für eine Bildung feinster Tröpfchen, welche eine sichtbare weiße Spur, einen Kondensationsstreifen, entlang der Bahn des energiereichen Teilchens erkennen lassen. Durch Ablenkung des Teilchens mithilfe eines elektrischen oder magnetischen Feldes können nach Betrachtung der daraus resultierenden Veränderung der Flugbahn Aussagen über Masse, Ladung und Energie und damit auch Art des Teilchens getroffen werden. 

Bei der Wilsonschen Nebelkammer handelt es sich um eine Expansionsnebelkammer (nicht-kontinuierliche Nebelkammer), denn die Übersättigung wird temporär durch rapide Druckverminderung und dadurch resultierende Temperaturverminderung erzeugt. Im Zuge dieses Projektes wurde jedoch eine Diffusionsnebelkammer (kontinuierliche Nebelkammer) gebaut, da diese, wie der Name schon sagt, für viel längere Zeiträume die nötigen Übersättigungsbedingungen herstellen kann. Die Diffusionsnebelkammer sorgt für eine Übersättigung nahe der Kupferplatte durch ein Temperaturgefälle, welches durch kontinuierliche Kühlung der Bodenplatte auf mindestens -25°C und Erwärmen der obersten Luftschicht auf +15°C erzeugt wird. Nebelspuren, die sich an den Ionen bilden, verschwinden eher wieder und lassen neue Spuren eher sichtbar werden, wenn durch eine „Saugspannung“ zwischen Boden und Decke die freien Ionen der alten Nebelspuren immer wieder „abgesaugt“ werden. Ein solcher „Ionensauger“ ist nützlich, aber nicht zwingend notwendig und daher optional zuschaltbar in diesem Aufbau.

Den Kern der Kühlanlage bildet ein Peltierelement mit der dazugehörigen Kühleinheit (ehemals aus einem PC-Gehäuse), welches das Erreichen der Niedrigtemperatur ermöglicht. Durch eine Klemmvorrichtung, bestehend aus M4-Schrauben und 3D-gedruckten Teilen, werden Kühler, Peltierelement und Kupferplatte aneinander gepresst. Die kalte Seite des Peltierelementes ist mit der Kupferplatte und die warme Seite des Peltierelementes mit dem Kühler verbunden. Um die Wärmeleitfähigkeit zu steigern, wurde zwischen die 2 Kontaktflächen Wärmeleitpaste hinzugefügt. Die Kupferplatte wurde auf der oberen Seite mit schwarzer Folie beklebt, um die Sichtbarkeit der Kondensationsstreifen zu erhöhen. Der Kühler steht frei auf einem Holzpodest, welches frei auf dem 12V 15A Netzteil steht, welches fest mit der Bodenplatte des Gehäuses verbunden ist. Das an das Netzteil angeschlossene 220V Kabel ist zugsicher an der Bodenplatte gesichert und wird nach hinten geführt, wo es das Gehäuse verlässt. Das Temperaturgefälle entsteht durch Kühlung der Kupferplatte und Erwärmung der umliegenden Luftschichten durch die Glaskuppel, welche durch Außentemperatur auf ca. 20°C Raumtemperatur gehalten wird. Die Messergebnisse bestätigen, dass bei laufendem Betrieb eine Temperatur von ca. 20°C im oberen Teil der Glaskuppel gehalten werden kann. Die Seitenplatten des Gehäuses sind mit Luftein- und auslässen versehen, um den Wärmetransport durch ausreichend Luftfluss für den Luftkühler zu ermöglichen. Der Schriftzug “077” am rechtsseitigen Lufteinlass steht für den oLaF-Namen des Projekt-Inhabenden “zer0se7ense7en”. Das 45° angewinkelte Bedienelement ist mit M4 Schrauben und im 3D-gedruckten Teil drehfest gesicherten M4 Muttern an den Seitenplatten des Gehäuses befestigt. Das 12V Netzteil versorgt beim Einstecken des 220V Kabels in eine Steckdose sofort den Arduino und den LED-Streifen mit Spannung. Der Lüfter, das Peltierlement und die Hochspannungsquelle sind bei Schalterstellung “OFF” elektrisch getrennt von der 12V Spannungsquelle. Die restlichen beiden Schalter, welche der Lichtsteuerung dienen, sind an den Arduino angeschlossen, wie im Schaltplan erkennbar. Der “Ionensauger” besteht als elektrisches Feld von ca. 250V/cm zwischen Kupferplatte und Gitter, welches auf aus PLA 3D-gedruckten Stelzen 4cm über der Kupferplatte liegt. 14cm über der Kupferplatte befindet sich im oberen Bereich der Glaskuppel ein Stofftuch, welches als Flüssigkeitsspeicher für den Isopropanolalkohol dient. Tangential zur oberen Kante der Kupferplatte befindet sich ein LED-Streifen, welcher zur Erhöhung der Sichtbarkeit der Kondensationsstreifen dient. Es handelt sich um einen Streifen vom Typ WS2815, welcher vom Arduino angesteuert wird.