Quelltext der Seite Nebelkammer

[[Datei:CTRwilsonCloudChamberCavendishLab2013-08-29-17-09-40.jpg|mini|Die einzige originale Nebelkammer, mit der C.T.R. Wilson die Spuren von subatomaren Partikeln nachwies.]]
[[Datei:Vapor being used in a cloud chamber.jpg|mini|Detail der Spuren in der Nebelkammer – Spuren entstehen in der Isopropylalkoholschicht]]
[[Datei:Nebelkammer.jpg|alternativtext=|mini|Spuren in einer kontinuierlichen Nebelkammer, verursacht durch [[ionisierende Strahlung]]: kurze dicke Spuren durch α-Teilchen; lange dünne Spuren durch β-Teilchen.<br />[[:Datei:Cloud chamber ani bionerd.gif|Animierte Version]]]]
Als '''Nebelkammer''' wird in der [[Physik]] ein [[Teilchendetektor]] bezeichnet, der dem Nachweis von [[Ionisierende Strahlung|ionisierender Strahlung]] dient und für manche [[Teilchen (Physik)|Teilchen]] dabei auch deren [[Weg (Physik)|Weg]] sichtbar macht. Nebelkammern werden heute fast nur noch zu Demonstrationszwecken verwendet. Früher waren Nebelkammern bedeutende wissenschaftliche Instrumente zur Erforschung der von radioaktiven Stoffen ausgehenden Strahlen. So wurde [[Charles Thomson Rees Wilson]] für die Entwicklung der Expansionsnebelkammer (auch Wilsonschen Nebelkammer) 1927 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

[[Datei:DESYNebelkammer.jpg|mini|Nebelkammer am [[DESY]]: kurze dicke Spuren durch α-Teilchen; dünne Spuren durch β-Teilchen]]

== Nebelkammer allgemein ==

Eine Nebelkammer ist meist mit einem [[Übersättigung|übersättigten]] Luft-[[Alkohole|Alkohol]]-Gemisch ([[Ethanol]] oder [[2-Propanol|Isopropanol]]) gefüllt. Wenn ein energiereiches, geladenes Teilchen das Gas durchquert, erzeugt es durch [[Stoßionisation]] zahlreiche Ionen, die einzeln als [[Kondensationskern]]e für die Bildung feinster Tröpfchen wirken. In ihrer Gesamtheit bilden sie eine sichtbare Spur, einen Kondensstreifen.

[[Datei:Deflection of nuclear radiation in a magnetic field de.png|miniatur|hochkant=1|Ablenkung ionisierender Strahlung im Magnetfeld einer Nebelkammer]]
Durch Ablenkung des Teilchens mittels eines geeigneten [[Elektrisches Feld|elektrischen]] oder [[Magnetisches Feld|magnetischen Feldes]] können anhand der entstehenden [[Trajektorie (Physik)|Bahnkurven]] (siehe Abb.) Aussagen über die [[Masse (Physik)|Masse]], [[Elektrische Ladung|Ladung]] und Energie, und damit letztlich über die Art des betreffenden Teilchens und dessen Entstehungsprozess gemacht werden. In einfachen Nebelkammern befindet sich dazu meist ein starker [[Permanentmagnet]] am Boden der Kammer, der die geladenen Teilchen mittels der [[Lorentzkraft]] auf eine Spiralbahn zwingt (die Krümmung nimmt zu, weil das Teilchen durch die Stöße abgebremst wird).

Auch ohne Präparat befindet sich in unserer Umwelt ein gewisses Maß an Alpha- und Betastrahlung, die man mit der Nebelkammer sichtbar machen kann:
* [[Alphastrahlung|Alpha-Teilchen]] 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.
* [[Betastrahlung|Beta-Teilchen]] erzeugen dünne, gekrümmte Spuren mit wenigen Zentimetern Länge. Oft entstehen auch Knicke in der Bahn. Da Beta-Teilchen nichts anderes als [[Elektron]]en sind, haben sie eine geringe Masse und sind damit auch leicht ablenkbar.
* [[Positron|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]] erzeugt 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]] 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.

== Arten von Nebelkammern ==

Je nach Art der Erzeugung des übersättigten Luft-Alkohol-Gemischs wird zwischen nicht-kontinuierlichen sowie kontinuierlichen Nebelkammern unterschieden:

{{Anker|Expansionsnebelkammer}}
=== Nicht-kontinuierliche Nebelkammer / Expansionsnebelkammer ===
[[Datei:Cloud chamber.svg|mini|Expansionsnebelkammer:<br />{{Farblegende|#ff0000|radioaktives Präparat}}
{{Farblegende|#ffff00|Beleuchtung}}
{{Farblegende|#00ffff|gesättigter Wasser-Spiritus-Dampf}}
{{Farblegende|#aaffaa|Kolben}}
{{Farblegende|#b3b3b3|Beobachtungsfenster}}]]
Die '''Wilsonsche Nebelkammer''' (benannt nach ihrem Erfinder [[Charles Thomson Rees Wilson]]) erzeugt die [[Übersättigung]] durch eine schnelle Expansion. Durch Herausziehen eines Kolbens (siehe nebenstehende Abb.) vergrößert sich das Volumen der Luft in der Nebelkammer, der Druck und damit auch die Temperatur sinkt. Dadurch ist der Dampf übersättigt und man braucht nur kleine Kondensationskeime, um eine Nebelspur zu erzeugen. Da die Luft nur kurze Zeit abkühlt, ist die Expansionsnebelkammer nur ungefähr eine Sekunde lang fähig, Nebelspuren zu erzeugen. Man kann somit nur einen kurzen „Schnappschuss“ erzeugen und muss nach einer Pause dann erneut den Kolben herausziehen.

=== Kontinuierliche Nebelkammer / Diffusionsnebelkammer ===

Die '''Diffusionsnebelkammer''' (von [[Alexander Langsdorf]] 1936 erfunden)<ref>{{Google Buch| BuchID= 4KEtBAAAQBAJ | Linktext = Einführung in die Kernphysik | Seite= 73
}}.</ref><ref>{{Google Buch| BuchID= 3EEfAwAAQBAJ | Linktext = Progress in Nuclear Physics, Band 3 | Seite=1}}.</ref> erzeugt die Übersättigung durch eine Kühlung der Bodenplatte auf ca. −30&nbsp;°C. Ungefähr 10&nbsp;cm über dem Boden befinden sich Heizdrähte, die das Luft-Alkohol-Gemisch im oberen Bereich auf einer Temperatur von ca. +15&nbsp;°C halten. Zwischen Boden und Decke gibt es somit ein Temperaturgefälle und es entsteht knapp über dem Boden eine übersättigte Schicht, in der die Erzeugung von Nebelspuren möglich ist. Die Diffusionsnebelkammer kann viele Stunden in Betrieb bleiben. 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.

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
{{Commonscat|Cloud chambers}}
* [https://www.leifiphysik.de/kern-teilchenphysik/radioaktivitaet-einfuehrung/ausblick/typische-nebelkammeraufnahmen Typische Nebelkammeraufnahmen.] [[LEIFI]]
* [http://njsas.org/projects/atoms/cloud_chamber/index.php Original der Wilsonschen Nebelkammer.] In: ''njsas.org'' (englisch)
* [https://www.solstice.de/grundl_d_tph/exp_detek/exp_detek_01.html Nebelkammer – Grundlagen der Teilchenphysik.] In: ''solstice.de''

== Einzelnachweise ==
<references />{{Normdaten|TYP=s|GND=4171361-8}}
[[Kategorie:Teilchendetektor]]