Die Spur der Elementarteilchen – live im Klassenzimmer

Die kontinuierliche Nebelkammer von Christiani ermöglicht es, radioaktive Strahlung sichtbar zu machen, insbesondere die ionisierende Wirkung von Alpha- und Beta-Strahlung. In diesem Artikel bringen wir Ihnen die Funktionsweise und den Aufbau der Nebelkammer näher und erläutern, wie sie im Unterricht eingesetzt werden kann.

Alpha- und Beta-Strahlen sind elektrisch geladene Teilchen, die beim Durchqueren eines Gases die Moleküle ionisieren. Die Ionen fungieren als Kondensationskerne, die die Kondensation eines gasförmigen Stoffes fördern. Dieser Effekt tritt bei starker Übersättigung oder niedrigen Temperaturen spontan auf und ist beispielsweise bei Kondensstreifen von Jets in großer Flughöhe zu beobachten. Das gleiche Prinzip nutzen wir in der kontinuierlichen Nebelkammer, um radioaktive Strahlung sichtbar zu machen.

Bildung der Nebelspuren: In der Nebelkammer wird über der Bodenplatte eine stabile Schicht aus übersättigtem Alkoholdampf erzeugt. Die ionisierende Wirkung der Strahlung führt entlang der Flugbahn der Teilchen zur Bildung von Kondensationskernen, die als Nebelspuren sichtbar werden.

1. Kammer: Sie besteht aus einem durchsichtigen Kunststoffrezipienten mit Deckel, in dem eine radioaktive Strahlungsquelle platziert werden kann. Im Lieferumfang enthalten ist ein schwach radioaktiver Alphastrahler aus thoriertem Wolfram.
2. Bodenplatte mit Kühlelement: Diese wird mithilfe eines Peltierelements auf minus 35 Grad Celsius heruntergekühlt. Dadurch kondensiert der Alkohol aus dem oberen Bereich der Kammer an der kalten Bodenplatte.
3. Beleuchtung und Stromversorgung: Eine helle LED-Beleuchtung sorgt für gute Sichtbarkeit der Nebelspuren. Die eingebaute Stromversorgung hat separate Schalter für Beleuchtung und Kühlung.

Funktionsprinzip der kontinuierlichen Nebelkammer am Beispiel eines α-Zerfalls:

Die Nebelkammer ist in etwa zehn Minuten betriebsbereit. Sie benötigen lediglich eine Steckdose und etwas Isopropanol. Der Filzring im Deckel wird mit Isopropanol getränkt, und die Bodenplatte wird heruntergekühlt. Nach etwa zehn Minuten beginnt der Alkoholdampf an der Bodenplatte zu kondensieren, und die ersten Spuren werden sichtbar.

Die kräftigen, weißen, geradlinigen Spuren stammen von der Alpha-Strahlung, während dünnere, netzartige Effekte auf die Beta-Strahlung zurückzuführen sind. Eine leichte elektrostatische Aufladung, die durch Reiben des Rezipienten mit einem synthetischen Tuch erreicht werden kann, ist förderlich für die Erzeugung der Nebelspuren.

Die kontinuierliche Nebelkammer eignet sich hervorragend für den Physikunterricht, insbesondere für die Themen Radioaktivität und Struktur der Materie. Sie ermöglicht es, Alpha- und Beta-Strahlung sichtbar zu machen und die ionisierende Wirkung von Strahlung zu demonstrieren. Wird kein Strahler eingelegt kann auch die natürliche Radioaktivität beobachtet werden.

• Methode zum Nachweis von Teilchen anwenden
• Identifikation und Beschreibung unterschiedlicher Teilchenspuren
• Erklärung der Entstehung der Teilchenspuren
• Wirkung von Teilchenstrahlung auf Materie verstehen

Mit der kontinuierlichen Nebelkammer von Christiani bieten Sie Ihren Schüler/-innen eine faszinierende und anschauliche Möglichkeit, sich mit dem Thema Radioaktivität auseinanderzusetzen.

Die Nebelkammer zeichnet sich durch ihren kompakten Aufbau und ihre lange Laufzeit aus. Da die Kühlung mit einem integrierten Hochleistungskühler ohne externen Wasseranschluss funktioniert, kann das handliche Gerät auch in einem Klassenraum ohne Wasseranschluss schnell in Betrieb genommen werden. Ein zusätzliches Stromversorgungsgerät ist nicht erforderlich.

Weitere Details finden Sie auf unserer Webseite.

Sollten Sie noch Fragen haben oder weitere Informationen benötigen, freuen wir uns auf Ihre Nachricht an schule@christiani.de. Sie können auch einen Termin in unseren Kompetenzzentren in Berlin, Rheine (Westfalen) oder in Landsberg am Lech (Bayern) vereinbaren, um die Nebelkammer live in Aktion zu erleben.