Proč mlžná komora?
Každou sekundu dopadají na naše tělo miliardy částic původem z vesmíru. Zdrojem tzv. kosmického záření jsou objekty počínaje Sluncem až po exotické černé díry ve vzdálených galaxiích. Srážkami částic kosmického záření s molekulami zemské atmosféry vzniká sekundární záření, které můžeme pozorovat na Zemi.
Kromě toho se do okolí uvolňuje mnoho částic přirozenými radioaktivními rozpady v horninách a zdech budov. Že žádné částice kolem sebe nevidíte? U nás můžete!
Mlžnou komoru, která Vám ukáže stopy částic, můžete spatřit třeba na Veletrhu vědy, Festivalu vědy, či Noci vědců. Mimo tyto akce je komora umístěna a volně přístupná ve foyer hlavní budovy Fyzikálního ústavu (Pod Vodárenskou věží 1, Praha 8).
Mlžná komora je jedním z nejstarších detektorů částic, který se využívá pro pozorování ionizujícího záření. Jejím tvůrcem je skotský fyzik Charles Thomson Rees Wilson (1869-1959), který postavil první plně funkční komoru už v roce 1911. Taková zařízení sloužila na počátku dvacátého století k objevování subatomárních částic. Naše komora je však o mnoho modernější, jejím výrobcem je navíc česká firma Nuledo. Jedná se o uzavřený prostor, který obsahuje přesycené páry vody či alkoholu (u nás používáme propylalkohol). Když nabitá částice prolétává prostorem komory, dochází k ionizaci směsi. Vzniklé ionty slouží jako kondenzační jádra, na kterých se vytvářejí drobné kapičky – mlha.
Video z Noci Vědců 2020
Schematické znázornění principu mlžné komory. Pro větší zobrazení klikněte na obrázek.
V případě zájmu o návštěvu s větší skupinou nás prosím kontaktujte (pr [at] fzu [dot] cz, 266 05 2124), abychom mohli k mlžné komoře zajistit výklad. Individuální návštěvy jsou možné a jsou vítány.
Stopy nabitých částic vytvořené v bublinkové komoře, nástupci mlžných komor. Autor: Donald Arthur Glaser, ArtStack.
Co vše můžeme spatřit
Často pozorovatelné částice
Elektrony a pozitrony zanechávají tenké stopy různých délek a tvarů. Pozitron je tzv. antičásticí elektronu. Protože má všechny vlastnosti kromě elektrického náboje stejné jako elektron, vytváří v mlžné komoře podobné stopy. Proud elektronů/pozitronů vzniklý rozpadem jader je nazýván radioaktivní beta -/+ záření.
Protony zanechávají stopy, které často protínají celou plochu mlžné komory. Patří k částicím tvořícím jádra atomů. Tyto protony mají původ v kosmickém záření. Délka stopy závisí především na úhlu, pod kterým proton do mlžné komory vniká.
Částice alfa jsou složené ze dvou protonů a dvou neutronů. Jde tedy vlastně o jádra helia. V mlžné komoře zanechávají krátké, široké stopy. Proud alfa částic vzniklý rozpadem jader se nazývá radioaktivní záření alfa. Jedná se o nejméně pronikavé záření, zastaví jej například list papíru.
Vzácně pozorovatelné jevy a částice
Miony jsou krátce žijící částice (doba života ~10-6 s) vznikající ve sprškách částic kosmického záření vysoko v atmosféře. V mlžné komoře je přesto můžeme sledovat, a to díky dilataci času a malým energetickým ztrátám při průletu atmosférou. Zanechávají stopu podobnou elektronu, vždy ale velmi napřímenou (díky vysoké hybnosti částice).
Stopy ve tvaru písmene „V“ patří dvěma alfa částicím, které byly vyzářeny velmi krátce po sobě. Bývají v mlžné komoře vidět při demonstraci thoriové rozpadové řady po injekci radonu 220Rn.
V mlžné komoře můžeme pozorovat kosmické záření díky sprškám sekundárního kosmického záření, a to jako několik mlžných stop orientovaných stejným směrem ve stejný okamžik. Částice kosmického záření pocházejí například ze Slunce, ale také z mezihvězdného a mezigalaktického prostoru.
Záření delta lze spatřit v mlžné komoře při průletu těžké nabité částice s vysokou energií. Jedná se o elektrony vytrhávané z molekul isopropylalkoholu coulombickou silou prolétávající částice.
Částice z umělých zářičů
Těmito zdroji je naše komora vybavena, můžete tedy pouhým stiskem tlačítka pozorovat záření alfa, beta minus a "V" stopy dvou částic alfa po rozpadu radonu.
Záření ALFA lze pozorovat v mlžné komoře díky radioaktivnímu zdroji americiu 241Am (poločas rozpadu ~430 let). Po jeho vsunutí do pozorovací oblasti je možné sledovat stopy vyzářených alfa čásic.
Záření BETA minus lze spatřit v mlžné komoře po vsunutí radioaktivního stroncia 90Sr (poločas rozpadu ~29 let). Uvidíte všesměrový vějíř stop vyzářených elektronů.
Thoriová rozpadová řada je jednou ze čtveřice základních rozpadových řad. Jedná se o posloupnost prvků, kde je přesně dané, na jaký další prvek se předchozí nestabilní prvek rozpadne a jakou částici při tom vyzáří (například alfa částice či elektron/pozitron). V mlžné komoře můžeme pozorovat část Thoriové rozpadové řady, kdy po injekci radonu 220Rn do pozorovací oblasti pozorujeme stopy dvou alfa částic po rozpadu radonu 220Rn (poločas rozpadu ~1 min) na polonium 216Po a jeho následném rychlém rozpadu (poločas rozpadu ~ 0,1 s) na olovo 212Pb.
Mlžná komora je podpořena projektem Zkvalitnění strategického řízení Fyzikálního ústavu AV ČR.
