Nebelkammer
Teilchenphysik
Basiswissen
Als Nebelkammer wird in der Physik ein Teilchendetektor bezeichnet, der dem Nachweis von ionisierender Strahlung dient und für manche Teilchen dabei auch deren Weg sichtbar macht. Nebelkammern werden heute fast nur noch zu Demonstrationszwecken verwendet.
Funktionsprinzip
Gase sind üblicherweise unsichtbar. Wasser- und Alkoholdampf beispielsweise sind in Luft nicht sichtbar. Luft kann aber nur einen bestimmten Anteil an Wasser oder Alkohl in Gasform aufnehmen. Wird der Anteil überschritten, beginnt die Gasanteile auszukondensieren, das heißt: sie bilden kleinste flüssige Tröpfchen in der Luft. Diese Tröpfchen sind dann als Nebel sichtbar. In einer übersättigten Luft findet aber der Kondensationsvorgang nicht direkt von alleine statt. Es müssen erst sogenannte Kondensationskeime vorhanden sein: kleine Staub- oder sonstige Teilchen. Schießt man nun physikalisch kleinste Teilchen in eine Kammer mit einem übersättigtem Gemisch aus Wasser-Alkohol-Dampf, dann wirken die Teilchen als Kondensationskeime. Effektiv sind dabei weitgehend nur elektrisch geladene Teilchen. Entlang ihrer Flugbahn bildet sich dann eine sichtbare Nebelspur. Siehe auch relative Luftfeuchtigkeit ↗
Interpretation der Spuren
Werden Teilchen in die Nebelkammer geschossen, werden sie durch Stöße mit den Luftmolekülen abgremst. Legt man von außen zusätzlich ein elektrisches und/oder magnetischen Feld an, dann werden geladene Teilchen in ihrer Richtung abgelenkt. Die entsprechende rechnerische Grundlage ist die sogenannte Lorentzkraft ↗
Alpha-Teilchen
Heliumkerne: sie erzeugen dicke, fast gerade Spuren von nur wenigen Zentimetern Länge. Obwohl sie aufgrund ihrer Ladung zwar prinzipiell von Magnetfeldern abgelenkt werden, beträgt ihr Bahnradius infolge der hohen Masse der α-Teilchen meist mehrere Meter, so dass ihre Bahnen praktisch gerade erscheinen.
Beta-Teilchen
Elektronen: sie erzeugen dünne, gekrümmte Spuren mit wenigen Zentimetern Länge. Oft entstehen auch Knicke in der Bahn. Da Beta-Teilchen nichts anderes als Elektronen sind, haben sie eine geringe Masse und sind damit auch leicht ablenkbar.
Beta-Plus-Teilchen (Positronen) erzeugen wie auch die „normalen“ negativ geladenen Betateilchen dünne gekrümmte Spuren, die jedoch nun in dieselbe Richtung gebogen sind wie bei α-Teilchen (siehe Abb.). Da Positronen in der natürlichen Umgebungsstrahlung allerdings kaum vorkommen, benötigt man zu ihrer Erzeugung radioaktive Präparate wie etwa Natrium-22.
Gammastrahlung
Ungelandene, hochenergetische Quanten: sie erzeugen in der Nebelkammer keine bzw. nur mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit Spuren: Da Gammastrahlung selbst ungeladen ist, kann sie nur indirekt nachgewiesen werden, etwa dadurch, dass sie in Sekundärprozessen (Photoeffekt oder Comptoneffekt) wieder geladene Teilchen erzeugt. Da die Dichte des Luft-Alkohol-Gemischs in einer Nebelkammer jedoch recht niedrig ist, ist auch die Wahrscheinlichkeit solcher Sekundärprozesse im Fall der Nebelkammer gering.
Neutronenstrahlung
Ungeladene Teilchen: sie erzeugt in der Nebelkammer ebenfalls keine bzw. nur mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit Spuren: Da sie wie die Gammastrahlung selbst ungeladen ist, kann auch sie in diesem Fall nur indirekt nachgewiesen werden.
Wie werden Teilchen heute detektiert?
Nebelkammern wurde später durch Blasenkammern verdrängt. Heute werden aber auch Blasenkammern kaum mehr verwendet. Je nach Anwendung existieren heute eine Vielzahl verschiedener Teilchendetektoren ↗
