Cloud Chamberห้�องห้มอก

โครงการวิ�จั�ยฟิ�สิ�กสิ�และวิ�ทยาการก�าวิห้น้�าสิ�าน้�กงาน้ปรมาณู�เพื่� อสิ�น้ติ�

Cloud chamber• Cloud chamber ค�อ อ#ปกรณู�ห้ร�อเคร� องม�อท$ ใช้�

ติรวิจัวิ�ดอน้#ภาคม�ลฐาน้ และ อน้#ภาคอ� น้ๆท$ ท�าให้�เก�ดไอออน้

Cloud chamber แบ่�งได้� 2 ชนิ�ด้ คื อ

1. Expansion cloud chamber 2 .Diffusion cloud chamber

ประวิ�ติ�• ป, 1880 (พื่.ศ . 2423) น้าย John Aitken

วิ�ศวิกรช้าวิสิก.อติได�ท�าการทดลองสิร�างเมฆจั�าลองเพื่� อท$ จัะศ0กษาการก2อติ�วิของเมฆ พื่บวิ2าเมฆก2อติ�วิจัากการท$ ไอน้�5าเกาะติ�วิก�น้โดยม$ฝุ่#7น้ละอองเป8น้แกน้กลาง

• ป, ป, 1894 1894 (พื่.ศ . 2437) น้�กฟิ�สิ�กสิ�ช้าวิสิก9อติ น้�กฟิ�สิ�กสิ�ช้าวิสิก9อติ C.T.R C.T.R WilsonWilson ได�สิ�งเกติเห้9น้ปรากฏการณู�ของแสิงอาท�ติย�บน้ก�อน้เมฆ ได�สิ�งเกติเห้9น้ปรากฏการณู�ของแสิงอาท�ติย�บน้ก�อน้เมฆ จั0งจัะพื่ยายามเล$ยน้แบบเห้ติ#การณู�น้�5น้ข05น้อ$กใน้ห้�องทดลองโดยใช้�วิ�ธี$จั0งจัะพื่ยายามเล$ยน้แบบเห้ติ#การณู�น้�5น้ข05น้อ$กใน้ห้�องทดลองโดยใช้�วิ�ธี$ของของAitkenAitkenสิร�างเมฆสิร�างเมฆพื่บวิ2าไม2เพื่$ยงฝุ่#7น้ละอองเท2าน้�5น้ท$ เป8น้พื่บวิ2าไม2เพื่$ยงฝุ่#7น้ละอองเท2าน้�5น้ท$ เป8น้แกน้กลางแติ2ย�งม$แกน้กลางช้น้�ดอ� น้ท$ ย�งติรวิจัสิอบไม2ได�แกน้กลางแติ2ย�งม$แกน้กลางช้น้�ดอ� น้ท$ ย�งติรวิจัสิอบไม2ได�

Wilson

• ป, 1895 (พื่.ศ . 2438) ได�ม$การค�น้พื่บร�งสิ$X-rays โดย Wilhelm Wilhelm RöntgenRöntgen

• ป, 1897 (พื่.ศ . 2440) Wilsonได�ท�าการทดลองอ$กคร�5งเพื่� อค�น้ห้าแกน้กลางช้น้�ดอ� น้

-Wilsonได�ใช้�x-rayเพื่� อท�าให้�เก�ดionใน้อากาศ ผลก9ค�อไอน้�5าจั�บติ�วิก�น้เป8น้เมฆจั�าน้วิน้มาก

-Wilsonได�ใช้�สิน้ามไฟิฟิ=าเพื่� อด0งionออก ผลปรากฏวิ2าไม2สิามารถเก�ดเมฆได�

Wilsonจั0งสิร#ปวิ2าอน้#ภาคม$ประจั#ไฟิฟิ=าก9สิามารถเป8น้แกน้กลางใน้การจั�บติ�วิก�น้ของไอน้�5าได�

• ป, 1910 (พื่.ศ . 2453) Wilsonได�ค�ดวิางแผน้ท$ จัะทดลองโดยใช้�สิารก�มม�น้ติร�งสิ$เพื่� อท$ จัะสิ�งเกติtrackของอน้#ภาคก�มม�น้ติร�งสิ$

• ป, 1911 (พื่.ศ . 2454) Wilsonได�ถ2ายภาพื่อน้#ภาคAlphaท$ สิ�งเกติได�จัากcloud chamber

เป8น้ร�ปแรกของโลก

Röntgen

Expansion cloudchamber

• ป, 1927 (พื่.ศ . 2470) Wilsonได�ร�บรางวิ�ล Nobel สิาขาฟิ�สิ�กสิ� จัากผลงาน้ท$ เก$ ยวิก�บcloud chamber

• ป,1939 (พื่.ศ . 2482) Dr.Alexander Langsdorf.Jr ได�พื่�ฒน้าcloud chamberอ$กช้น้�ดห้น้0 งข05น้มา ค�อช้น้�ดDiffusion cloud chamber

Diffusion cloudchamber

ห้ล�กการท�างาน้ของDiffusion cloud chamber

ใน้ Diffusion cloud chamber น้�5น้บรรจั#ไอของแอลกอฮอล�แทน้ท$ ไอน้�5าซึ่0 งติ2างจัาก Expansion cloud chamber

ห้ล�กการค�ออาศ�ยควิามแติกติ2างของอ#ณูห้ภ�ม�ของสิ2วิน้บน้ของcloud chamberท$ ม$อ#ณูห้ภ�ม�ใกล�เค$ยง

อ#ณูห้ภ�ม�ห้�องก�บสิ2วิน้ล2างท$ ถ�กท�าควิามเย9น้โดยน้�5าแข9งแห้�ง ไอแอลกอฮอล�ท$ ระเห้ยจัากสิ2วิน้บน้จัะค2อยๆติกลงสิ�2ด�าน้

ล2าง ท�าให้�เก�ดภาวิะ Supersaturation ของไอแอลกอฮอล�ท$ พื่�5น้ผ�วิด�าน้ล2าง น้$5ค�อเง� อน้ไขสิ�าค�ญของ

Diffusion cloud chamber

• เม� ออน้#ภาคก�มม�น้ติร�งสิ$วิ� งผ2าน้เข�ามาม�น้จัะช้น้เข�าก�บโมเลก#ลของแอลกอฮอล�ท�าให้�อ�เล9กติรอน้ของแอลกอฮอล�ห้ล#ดออกไป(ionization)ติามเสิ�น้ทางท$ ม�น้เด�น้ทางผ2าน้

• เม� อเก�ดไอออน้ของแอลกอฮอล�ข05น้ม�น้จัะท�าติ�วิเป8น้แกน้กลางให้�โมเลก#ลแอลกอฮอล�อ� น้ๆมาจั�บติ�วิก�น้ ท�าให้�ม�น้ม$ขน้าดให้ญ2ข05น้

• เม� อไอแอลกอฮอล�จั�บติ�วิก�น้ให้ญ2ข05น้พื่อท$ จัะท�าให้�แสิงท$ ฉายสิ2องลงกระเจั�งเข�าติามน้#ษย� ก9จัะสิามารถสิ�งเกติเห้9น้Trackของอน้#ภาคได�

ท�าไมติ�องใช้�แอลกอฮอล�• เน้� องจัากการเราอาศ�ยควิามแติกติ2างของอ#ณูห้ภ�ม�ของ

สิ2วิน้บน้ก�บสิ2วิน้ล2างของcloud chamber ท$ ใช้�น้�5าแข9งแห้�งท�าควิามเย9น้ ห้ากใช้�น้�5าบรรจั#ใน้cloud chamber ม�น้จัะไม2เก�ดภาวิะ Supersaturation แติ2จัะแข9งติ�วิเป8น้น้�5าแข9งเสิ$ยก2อน้ แติ2แอลกอฮอล�ม$จั#ดเย�อกแข9งท$ ติ� ากวิ2าอ#ณูห้ภ�ม�ของน้�5าแข9งแห้�ง

• เน้� องจัากแอลกอฮอล�น้�5น้ม$ควิามด�น้ไอท$ อ#ณูห้ภ�ม�ห้�องท$ สิ�งมากจั0งสิามารถท�าให้�เก�ดภาวิะ Supersaturationได�ง2าย

ค#ณูสิมบ�ติ�ทางกายภาพื่ของน้�5า และแอลกอฮอล�

อ#ณูห้ภ�ม�ของน้�5าแข9งแห้�ง =-78๐C

จั#ดเย�อกแข9งน้�5า = 0๐Cเมทาน้อล = -97.7๐Cเอทาน้อล = -117.3๐Cไอโซึ่โพื่รพื่าน้อล = -89๐C

ควิามด�น้ไอ (Vapor pressure) ท$ 25๐C

น้�5า = 23.76 mmHg

เมทาน้อล = 127.05 mmHgเอทาน้อล = 59.02 mmHgไอโซึ่โพื่รพื่าน้อล = 44 mmHg

จัากข�อม�ลจัะเห้9น้วิ2า เมทาน้อลควิรจัะเป8น้สิารท$ ใช้�บรรจั#ใน้cloud chamberมากท$ สิ#ดจัากเห้ติ#ผลข�างติ�น้ แติ2เน้� องจัากเมทาน้อลน้�5น้ม$พื่�ษติ2อร2างกายอย2างมากห้ากได�ร�บการสิ�ดดมห้ร�อสิ�มผ�สิเข�าไป เอทาน้อลจั0งเป8น้สิารติ�วิเล�อกอ$กติ�วิห้น้0 งท$ น้2าจัะเห้มาะสิมท$ สิ#ด ซึ่0 งห้าได�ง2ายและม$ราคาถ�ก

การจั�ดเติร$ยมอ#ปกรณู�1. ภาช้น้ะสิ�าห้ร�บท�าเป8น้ cloud chamber เป8น้ทรงสิ$ เห้ล$ ยมห้ร�อ

วิงกลมก9ได� ขน้าดเสิ�น้ผ2าน้ศ�น้ย�กลางประมาณู6 น้�5วิ ควิามสิ�ง3 -4 น้�5วิ ม$ฝุ่าป�ดสิน้�ท

2. ไฟิฉายขน้าดให้ญ2ห้ร�อแห้ล2งก�าเน้�ดแสิงไฟิอ� น้ๆท$ ให้�แสิงควิามเข�มสิ�ง

3. แผ2น้ Aluminium ขน้าดให้ญ2กวิ2าcloud chamber เล9กน้�อย โดยด�าน้ห้น้0 งทาสิ$ด�าเอาไวิ�

4. ฟิองน้�5า , ห้ลอดด�ดสิาร , บ$กเกอร�5. แถบกาวิสิ�าห้ร�บติ�ดฟิองน้�5า ไม2ควิรใช้�กระดาษกาวิ6. น้�5าแข9งแห้�ง7. เอทาน้อล 95% v/v, ไอโซึ่โพื่รพื่าน้อล 95% v/v, น้�5า 8. แห้ล2งก�าเน้�ดอน้#ภาคแอลฟิา

ใน้ท$ ใช้� Americium-241

ภาช้น้ะทรงกลม

Am-241

การจั�ดเติร$ยมอ#ปกรณู�

ภาช้น้ะทรงกลม

Am-24

ค#ณูสิมบ�ติ�ของ Americium-241

•ไม2พื่บใน้ธีรรมช้าติ�•ม$ค2าคร0 งช้$วิ�ติ (half-life) 4327. ป,•สิลายติ�วิให้�

–อน้#ภาคแอลฟิา พื่ล�งงาน้ 548. MeV–ร�งสิ$แกมมา พื่ล�งงาน้ 595. keV

วิ�ธี$การทดลอง 1 ติ�ดฟิองน้�5าให้�เป8น้แท2งขน้าด ติ�ดฟิองน้�5าให้�เป8น้แท2งขน้าด 2 2 x x 2 2 cm cm ควิามยาวิควิามยาวิ

ให้�พื่อด$เสิ�น้รอบวิงของให้�พื่อด$เสิ�น้รอบวิงของcloud chambercloud chamber

2 2 ติ�ดฟิองน้�5าเข�าก�บก�น้ภาช้น้ะให้�แน้2น้ติ�ดฟิองน้�5าเข�าก�บก�น้ภาช้น้ะให้�แน้2น้ 3 3 ติ�ดแท2งสิารก�มม�น้ติร�งสิ$ติ�ดแท2งสิารก�มม�น้ติร�งสิ$Am-241Am-241ไวิ�ท$ ฝุ่าภาช้น้ะโดยไวิ�ท$ ฝุ่าภาช้น้ะโดย

ให้�สิารก�มม�น้ติร�งสิ$อย�2ติรงกลางให้�สิารก�มม�น้ติร�งสิ$อย�2ติรงกลาง 4 4 ใช้�ใช้�ห้ลอดด�ดสิารห้ลอดด�ดสิารด�ดเอทาน้อลห้ยดลงบน้ฟิองน้�5าให้�ช้# 2มด�ดเอทาน้อลห้ยดลงบน้ฟิองน้�5าให้�ช้# 2ม 5 5 ป�ดฝุ่าแล�วิวิางป�ดฝุ่าแล�วิวิางcloud chambercloud chamberลงบน้ลงบน้

แผ2น้แผ2น้AluminiumAluminiumท$ วิางอย�2บน้น้�5าแข9งแห้�งโดยห้งายท$ วิางอย�2บน้น้�5าแข9งแห้�งโดยห้งายด�าน้สิ$ด�าข05น้ด�าน้สิ$ด�าข05น้

6 รอเวิลาประมาณู รอเวิลาประมาณู -510-510น้าท$ สิ2องไฟิฉายไปท$ น้าท$ สิ2องไฟิฉายไปท$ ข�างๆข�างๆcloud chambercloud chamber สิ�งเกติด�การเปล$ ยน้แปลงภายใน้สิ�งเกติด�การเปล$ ยน้แปลงภายใน้ 7 7 เม� อสิ�งเกติเห้9น้เม� อสิ�งเกติเห้9น้tracktrackของอน้#ภาค ก9ท�าการถ2ายภาพื่บ�น้ท0กของอน้#ภาค ก9ท�าการถ2ายภาพื่บ�น้ท0ก

ผลการทดลองผลการทดลอง 8 8 ท�าการทดลองซึ่�5า โดยใช้� ท�าการทดลองซึ่�5า โดยใช้� ไอโซึ่โพื่รพื่าน้อล ไอโซึ่โพื่รพื่าน้อล และน้�5า ห้ร�อเมทาและน้�5า ห้ร�อเมทา

น้อลน้อล

ผลการทดลอง• tracktrackสิ2วิน้ให้ญ2จัะวิ� งเป8น้เสิ�น้ติรงสิ2วิน้ให้ญ2จัะวิ� งเป8น้เสิ�น้ติรง• พื่บพื่บtracktrackบางอ�น้เป8น้จั#ดร�ศม$เล9กๆบางอ�น้เป8น้จั#ดร�ศม$เล9กๆ• พื่บพื่บtracktrackบางอ�น้เก�ดเป8น้ม#มห้�กเห้ท�ศทางบางอ�น้เก�ดเป8น้ม#มห้�กเห้ท�ศทาง• ควิามยาวิของควิามยาวิของtracktrackท� วิไปจัะประมาณู ท� วิไปจัะประมาณู - 35- 35 cmcm

บางบางtracktrackอาจัยาวิถ0ง อาจัยาวิถ0ง 8 8 cmcm• เม� อใช้�น้�5าบรรจั# จัะไม2สิามารถเห้9น้เม� อใช้�น้�5าบรรจั# จัะไม2สิามารถเห้9น้tracktrackได�ได�• เม� อใช้�ไอโซึ่โพื่รพื่าน้อลเม� อใช้�ไอโซึ่โพื่รพื่าน้อล tracktrackท$ สิ�งเกติได� จัะม$ท$ สิ�งเกติได� จัะม$

ควิามช้�ดเจัน้น้�อยกวิ2าและม$ควิามยาวิควิามช้�ดเจัน้น้�อยกวิ2าและม$ควิามยาวิtracktrackโดยโดยเฉล$ ยสิ�5น้กวิ2าเม� อใช้�เอทาน้อลเฉล$ ยสิ�5น้กวิ2าเม� อใช้�เอทาน้อล

ข�อสิ�งเกติท$ ได�จัากการทดลอง

• tracktrackท$ เห้9น้เป8น้จั#ดกลมน้�5น้ อาจัเก�ดจัากการท$ ท$ เห้9น้เป8น้จั#ดกลมน้�5น้ อาจัเก�ดจัากการท$ ร�งสิ$แกมมาไปไอออน้ไน้ซึ่�อะติอมของร�งสิ$แกมมาไปไอออน้ไน้ซึ่�อะติอมของแอลกอฮอล�แอลกอฮอล�

• tracktrackท$ เก�ดห้�กม#มน้�5น้เก�ดจัากอน้#ภาคแอลฟิา ท$ เก�ดห้�กม#มน้�5น้เก�ดจัากอน้#ภาคแอลฟิา เก�ด เก�ด back scattering back scattering ก�บ น้�วิเคล$ยสิของก�บ น้�วิเคล$ยสิของธีาติ#ท$ เป8น้องค�ประกอบของแอลกอฮอล�ธีาติ#ท$ เป8น้องค�ประกอบของแอลกอฮอล�

ข�อแน้ะน้�า• ภาช้น้ะท$ น้�ามาใช้�น้�5น้ ควิรม$ควิามสิ�งภาช้น้ะท$ น้�ามาใช้�น้�5น้ ควิรม$ควิามสิ�ง -34-34น้�5วิ เพื่ราะห้ากติ� าเก�น้ไปจัะเก�ดน้�5วิ เพื่ราะห้ากติ� าเก�น้ไปจัะเก�ด

ฝุ่=าข05น้ท�าให้�สิ�งเกติได�ยาก และเก�ดภาวิะ ฝุ่=าข05น้ท�าให้�สิ�งเกติได�ยาก และเก�ดภาวิะ Supersaturation Supersaturation ได�ยากได�ยากเพื่ราะม$ควิามแติกติ2างของอ#ณูห้ภ�ม�น้�อย ห้ากสิ�งเก�น้ไปจัะติ�องใช้�เวิลาเพื่ราะม$ควิามแติกติ2างของอ#ณูห้ภ�ม�น้�อย ห้ากสิ�งเก�น้ไปจัะติ�องใช้�เวิลาน้าน้ใน้การรอสิ�งเกติเพื่ราะติ�องรอให้�เก�ดภาวิะ น้าน้ใน้การรอสิ�งเกติเพื่ราะติ�องรอให้�เก�ดภาวิะ SupersaturationSupersaturation

• ฟิองน้�5าท$ ใช้�ควิรเป8น้สิ$ด�าเพื่ราะจัะได�เก�ดแสิงรบกวิน้ภายใน้ฟิองน้�5าท$ ใช้�ควิรเป8น้สิ$ด�าเพื่ราะจัะได�เก�ดแสิงรบกวิน้ภายใน้cloud cloud chamberchamberน้�อยท$ สิ#ดน้�อยท$ สิ#ด

• อาจัจัะท�ากล2องครอบอาจัจัะท�ากล2องครอบcloud chambercloud chamberเพื่� อควิบค#มแสิงจัากภายน้อกเพื่� อควิบค#มแสิงจัากภายน้อก

• ไฟิฉายควิรม$ขน้าดให้ญ2และม$ควิามสิวิ2างมากพื่อสิมควิรไฟิฉายควิรม$ขน้าดให้ญ2และม$ควิามสิวิ2างมากพื่อสิมควิร

ปFญห้าท$ พื่บระห้วิ2างการทดลอง

• ห้ากวิ�น้ท$ ทดลองม$ควิามช้�5น้สิ�มพื่�ทธี�สิ�งจัะท�าให้�เก�ดฝุ่=าห้ากวิ�น้ท$ ทดลองม$ควิามช้�5น้สิ�มพื่�ทธี�สิ�งจัะท�าให้�เก�ดฝุ่=าท�าให้�สิ�งเกติได�ยาก ติ�องคอยเช้9ดท�าควิามสิะอาดบ2อยๆท�าให้�สิ�งเกติได�ยาก ติ�องคอยเช้9ดท�าควิามสิะอาดบ2อยๆ

• เม� อทดลองไปเป8น้เวิลาน้าน้อาจัเก�ดไอน้�5าห้ร�อไอเม� อทดลองไปเป8น้เวิลาน้าน้อาจัเก�ดไอน้�5าห้ร�อไอแอลกอฮอล�ควิบแน้2น้เกาะติ�ดสิารร�งสิ$ท�าให้�อน้#ภาคแอลกอฮอล�ควิบแน้2น้เกาะติ�ดสิารร�งสิ$ท�าให้�อน้#ภาคแอลฟิาห้ล#ดออกมาไม2ได� แอลฟิาห้ล#ดออกมาไม2ได� tracktrackจัะเก�ดน้�อยกวิ2าปกติ�จัะเก�ดน้�อยกวิ2าปกติ�

• แสิงท$ ใช้�สิ2องเข�าไปใน้แสิงท$ ใช้�สิ2องเข�าไปใน้cloud chambercloud chamberน้�5น้ติ�องท�าน้�5น้ติ�องท�าม#มเห้มาะสิมจั0งจัะเห้9น้ม#มเห้มาะสิมจั0งจัะเห้9น้tracktrackช้�ดเจัน้และจั�าน้วิน้มาก ช้�ดเจัน้และจั�าน้วิน้มาก พื่บวิ2าแสิงแน้วิระน้าบพื่บวิ2าแสิงแน้วิระน้าบ(horizontal)(horizontal)จัะเห้มาะสิมท$ สิ#ดจัะเห้มาะสิมท$ สิ#ด

ข�อม�ลอ�างอ�ง• http://www.cloudchambers.com/ • http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/

camphy/cloudchamber/cloudchamber1_1.htm• http://www.madsci.org/• http://www.bizarrelabs.com/cloud2.htm• http://www.lalanet.gr.jp/nsm/E-radiation.html• http://nobelprize.org/• http://hep.ucsb.edu/people/hnn/cloud/

articles/ALangsdorfRSI10_91_1939.pdf