新型射线观察装置

来源: 发布时间:2021-11-01 浏览次数:663
基本信息

第一作者姓名:高润泽

性别:男

民族:汉族

第一作者学校:德清县第一中学

第一作者人所在年级:高二

第二作者姓名:汤钰乾

性别:男

民族:汉族

第二作者人所在学校:浙江省德清县第一中学

第二作者人所在年级:高二

辅导教师姓名:梁振华


作品摘要

*结构组成:

本作品主要结构由冷端、热端、透明密闭容器、温度控制组成。制冷片冷端与黑色铝板相连,四块透明玻璃和薄铝板组合成观察室,铝板内侧粘有毛毡布用于储存酒精、外侧贴有硅胶加热板,辐射源使用生活中的材料。

*主要特征:

自制云室利用上端恒温加热板和底部制冷片在温室内建立较大的温差,能够在短时间快速形成过饱和蒸气层。整个装置一体化设计,操作时只需加入酒精和放射源,一键开机后短时间内就可以观察到射线的径迹,并且可以长时间观察。使用实际生活中的相关物品作为辐射源,观察射线径迹。

*主要用途:

本作品是用于观察宇宙射线、放射性衰变中释放的α射线和β射线,可以作为对学校威尔逊云室的一个创新改进,也可以作为学校科普实验展品,让同学们认识到在我们身边存在着各种看不到的射线,比较不同射线径迹的特点。

*创新点:

本作品利用了当前的一些新材料和新技术进行整合,克服了学校现有的威尔逊云室操作复杂、观察时间短的缺点,整个装置一体化设计,装置操作简单,并利用生产生活中的材料作为α辐射源,保证实验的安全性。


作品说明

*问题提出:

*提出的问题和解决的问题:

在学习原子物理内容时,使用云室观察射线的径迹,但学校配置的威尔逊云室不仅古老,而且操作复杂、观察时间短暂。由此在物理小组活动中提出了制作新型云室用于观察射线径迹,并且装置能够操作简便、可长时间观察。

研究问题的原因和意义:

克服了学校现有的威尔逊云室操作复杂、观察时间短的缺点,短时间内就可以观察到射线的径迹,并且可以长时间观察。能够亲身观察我们身边存在着各种看不到的射线。通过对射线径迹的观察,可以比较不同射线径迹的特点。

*解决方案:

解决问题的办法:

(1)确定云室原理:云室中需要形成酒精过饱和蒸气,当带电粒子经过过饱和蒸气区时会电离空气,使酒精蒸气凝结,从而形成由酒精小液滴构成的白色径迹。通过查阅资料选定了使用温差使酒精蒸气形成过饱和状态。

(2)温差的获得:利用上端恒温加热板和底部制冷片在密闭容器内建立较大的温差,能够在短时间快速形成过饱和蒸气层,而且可以长时间观察。

(3)云室及观察室:四块透明亚克力板和薄铝板粘合观察室,顶部薄铝板内侧粘贴有毛毡布用于储存酒精,薄铝板外侧贴有硅胶加热板,提高顶端酒精蒸气温度和加快酒精蒸气蒸发,加热装置使用成品的微型智能温度控制器,能够根据环境温度自动控制冷热端温差,四周透明的玻璃作为观察窗,能够在不同角度观察。

(4)装置结构设计:确定了云室的主体部分后,将电源、侧面光照、散热装置与之相匹配,利用学校淘汰的电脑电源作为电源模块,使用激光雕刻、3D打印工艺加工装置外壳及内部结构。

发明研究的重点:

(1)形成稳定云室达到长时间的射线径迹观察,装置采用半导体制冷片和硅胶加热板,利用智能温度控制器使云室两端形成稳定温差。

(2)装置一体化设计,降低装置使用难度。

发明研究的难点:

确定云室两端温差在什么范围内可以形成过饱和酒精蒸气,利用查阅资料和实验验证的方法,确定在温差在50度左右时可以在冷端形成稳定的过饱和蒸气区。

发明研究的难点:

确定云室两端温差在什么范围内可以形成过饱和酒精蒸气,利用查阅资料和实验验证的方法,确定在温差在50度左右时可以在冷端形成稳定的过饱和蒸气区。

本发明使用方法、附图说明性文字:

使用方法:

(1)将装置连接220V电源,按下装置开机键开启装置。

(2)去下透明玻璃罩,在云室底部黑色铝板上涂抹95%酒精,放入辐射源。

(3)在玻璃罩顶部毛毡布上加入适量95%酒精(10mL)

(4)将玻璃罩盖在铝板上,并将玻璃罩顶部的连接线与装置主体的连接相连。

(5)等待5分钟左右,云室内部温差稳定后,可观察到白色径迹。

*使用或试用效果:

能够观察神秘的原子物理实验现象,放入α辐射源可以看到径迹直而清晰α射线径迹,同时也观察到又细又直的高速β粒子径迹、又短又粗而弯曲的低速β粒子径迹。没有辐射源时,会时而出现不同形态的宇宙射线射线径迹。

*优点:

本装置利用网购、废物利用等多种形式,将身边的新材料、新技术进行整合,改进了学校现有的威尔逊云室,操作简单、现象明显,能够快速的观察到射线的径迹,而且观察时间长,在实际使用过程中可以持续长时间的稳定观察。

*还需进一步研究的问题:

(1)扩展云室空间:由于材料和经费的限制,本作品云室空间有限,若增加制冷片的数量可以扩展云室的空间。

(2)降低等待时间:制冷片的制冷效率与环境温度和散热效果有关,若能提高散热器散热能力可以使温差形成更加快速,从而减少等待时间。

(3)对射线进一步研究:目前作品能够观察到清晰的径迹,只能从径迹的形态判断射线种类,若能在云室内加入电场或磁场环境可进一步研究射线。


作品图片


查新说明

*查新网址与关键词:

查新网址:http://so.baiten.cn/

1、关键词:射线and径迹 ,相关专利数量:43条

2、关键词:射线and径迹and云室 ,相关专利数量:1条

  

*与本发明最相近的发明专利、研究文献的名称与摘要:

专利号:CN202021795912.X

名称:一种低温可持续观测云室

摘要:本实用新型公开了属于高能物理观测技术领域的一种低温可持续观测云室。所述云室包括云室机体、酒精蒸汽室、温控系统控制板和观察装置;云室机体一侧开口,安装环境制冷腔;环境制冷腔上端开口,将酒精蒸汽室部分置于环境制冷腔中;所述云室机体内设置压缩机,压缩机通过导冷管连接环境制冷腔;观察装置设置在酒精蒸汽室上;温控系统控制板设置在云室机体外,通过温度探头调节环境制冷腔内的温度。本装置在酒精蒸汽室的腔内上下端维持足够大的温度梯度使高温端的酒精蒸汽不断地向低温端扩算,在扩散过程中逐渐冷却,在低温端附近区域形成过饱和蒸汽,带电粒子通过时产生离子为核的凝结雾滴,在暗背景中通过光照射可以观测到粒子径迹。

*自我查新结论:

新颖